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几个关键的数据结构
一个进程的虚拟地址空间主要由两个数据结来描述，一个是 mm_struct，一个是 vm_area_structs。
mm_struct结构描述了一个进程的整个虚拟地址空间，vm_area_truct描述了虚拟地址空间的一个区间(简称虚拟区)。下图就是我们所说的由task_struct到mm_struct，进程的地址空间的分布。
每一个进程都会有自己独立的mm_struct，这样每一个进程都会有自己独立的地址空间，这样才能互不干扰。当进程之间的地址空间被共享的时候，我们可以理解为这个时候是多个进程使用一份地址空间，这就是线程。
- struct mm_struct
- {
- struct vm_area_struct *mmap; //指向虚拟区间(VMA)链表
- struct rb_root mm_rb; //指向red_black树
- struct vm_area_struct *mmap_cache; //找到最近的虚拟区间
- unsigned long(*get_unmapped_area)(struct file *filp,unsigned long addr,unsigned long len,unsigned long pgoof,unsigned long flags);
- void (*unmap_area)(struct mm_struct *mm,unsigned long addr);
- unsigned long mmap_base;
- unsigned long task_size; //拥有该结构体的进程的虚拟地址空间的大小
- unsigned long cached_hole_size;
- unsigned long free_area_cache;
- pgd_t *pgd; //指向页全局目录
- atomic_t mm_users; //用户空间中有多少用户
- atomic_t mm_count; //对"struct mm_struct"有多少引用
- int map_count; //虚拟区间的个数
- struct rw_semaphore mmap_sem;
- spinlock_t page_table_lock; //保护任务页表和mm->rss
- struct list_head mmlist; //所有活动mm的链表
- mm_counter_t _file_rss;
- mm_counter_t _anon_rss;
- unsigned long hiwter_rss;
- unsigned long hiwater_vm;
- unsigned long total_vm,locked_vm,shared_vm，exec_vm;
- usingned long stack_vm,reserved_vm,def_flags,nr_ptes;
- unsingned long start_code,end_code,start_data,end_data; //代码段的开始start_code ，结束end_code，数据段的开始start_data，结束end_data
- unsigned long start_brk,brk,start_stack; //start_brk和brk记录有关堆的信息，start_brk是用户虚拟地址空间初始化，brk是当前堆的结束地址，start_stack是栈的起始地址
- unsigned long arg_start,arg_end,env_start,env_end; //参数段的开始arg_start，结束arg_end，环境段的开始env_start，结束env_end
- unsigned long saved_auxv[AT_VECTOR_SIZE]；
- struct linux_binfmt *binfmt;
- cpumask_t cpu_vm_mask;
- mm_counter_t context;
- unsigned int faultstamp;
- unsigned int token_priority;
- unsigned int last_interval;
- unsigned long flags;
- struct core_state *core_state;
- }
分配的每个虚拟内存区域都由一个vm_area_struct 数据结构来管理，包括虚拟内存的起始和结束地址，以及内存的访问权限等，通常命名为vma;vm_area_struct 数据结构的定义如下：
- struct vm_area_struct {
- /* The first cache line has the info for VMA tree walking.
- 第一个缓存行具有VMA树移动的信息*/
- unsigned long vm_start; /* Our start address within vm_mm. */
- unsigned long vm_end; /* The first byte after our end address within vm_mm. */
- /* linked list of VM areas per task, sorted by address
- 每个任务的VM区域的链接列表，按地址排序*/
- struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;
- struct rb_node vm_rb;
- /*
- 此VMA左侧最大的可用内存间隙（以字节为单位）。
- 在此VMA和vma-> vm_prev之间，
- 或者在VMA rbtree中我们下面的一个VMA与其->vm_prev之间。
- 这有助于get_unmapped_area找到合适大小的空闲区域。
- */
- unsigned long rb_subtree_gap;
- /* Second cache line starts here.
- 第二个缓存行从这里开始*/
- struct mm_struct *vm_mm; /* 我们所属的address space*/
- pgprot_t vm_page_prot; /* 此VMA的访问权限 */
- unsigned long vm_flags; /* Flags, see mm.h. */
- /*
- 对于具有地址空间（address apace）和后备存储(backing store)的区域，
- 链接到address_space->i_mmap间隔树，或者链接到address_space-> i_mmap_nonlinear列表中的vma。
- */
- union {
- struct {
- struct rb_node rb;
- unsigned long rb_subtree_last;
- } linear;
- struct list_head nonlinear;
- } shared;
- /*
- 在其中一个文件页面的COW之后，文件的MAP_PRIVATE vma可以在i_mmap树和anon_vma列表中。
- MAP_SHARED vma只能位于i_mmap树中。
- 匿名MAP_PRIVATE，堆栈或brk vma（带有NULL文件）只能位于anon_vma列表中。
- */
- struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_sem & * page_table_lock
- 由mmap_sem和* page_table_lock序列化*/
- struct anon_vma *anon_vma; /* Serialized by page_table_lock 由page_table_lock序列化*/
- /* 用于处理此结构体的函数指针 */
- const struct vm_operations_struct *vm_ops;
- /* 后备存储（backing store）的信息: */
- unsigned long vm_pgoff; /* 以PAGE_SIZE为单位的偏移量（在vm_file中），*不是* PAGE_CACHE_SIZE*/
- struct file * vm_file; /* 我们映射到文件（可以为NULL）*/
- void * vm_private_data; /* 是vm_pte（共享内存） */
- #ifndef CONFIG_MMU
- struct vm_region *vm_region; /* NOMMU映射区域 */
- #endif
- #ifdef CONFIG_NUMA
- struct mempolicy *vm_policy; /* 针对VMA的NUMA政策 */
- #endif
- };
小实验
- insmod test.ko pid_mem=3253 显示各个vma区域
- cat /proc/3253/maps 显示各个vma区域
看下两种方式的对比：
