Linux进程的内存管理举例分析
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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:
到此,关于“Linux进程的内存管理举例分析”的学习就结束了,希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习,快去试试吧!若想继续学习更多相关知识,请继续关注创新互联网站,小编会继续努力为大家带来更多实用的文章!
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