[[388230]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「人人都是極客」，作者布道師Peter。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系人人都是極客公眾號。   

幾個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一個(gè)進(jìn)程的虛擬地址空間主要由兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)來描述，一個(gè)是 mm_struct，一個(gè)是 vm_area_structs。

mm_struct結(jié)構(gòu)描述了一個(gè)進(jìn)程的整個(gè)虛擬地址空間，vm_area_truct描述了虛擬地址空間的一個(gè)區(qū)間(簡稱虛擬區(qū))。下圖就是我們所說的由task_struct到mm_struct，進(jìn)程的地址空間的分布。

每一個(gè)進(jìn)程都會(huì)有自己獨(dú)立的mm_struct，這樣每一個(gè)進(jìn)程都會(huì)有自己獨(dú)立的地址空間，這樣才能互不干擾。當(dāng)進(jìn)程之間的地址空間被共享的時(shí)候，我們可以理解為這個(gè)時(shí)候是多個(gè)進(jìn)程使用一份地址空間，這就是線程。

struct mm_struct 
{ 
     struct vm_area_struct *mmap;    //指向虛擬區(qū)間(VMA)鏈表 
     struct rb_root mm_rb;           //指向red_black樹 
     struct vm_area_struct *mmap_cache;    //找到最近的虛擬區(qū)間 
 
     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;   //擁有該結(jié)構(gòu)體的進(jìn)程的虛擬地址空間的大小 
     unsigned long cached_hole_size; 
     unsigned long free_area_cache; 
 
     pgd_t *pgd;  //指向頁全局目錄 
 
     atomic_t mm_users;         //用戶空間中有多少用戶 
     atomic_t mm_count;         //對"struct mm_struct"有多少引用 
 
     int map_count;            //虛擬區(qū)間的個(gè)數(shù) 
     struct rw_semaphore mmap_sem; 
     spinlock_t page_table_lock;       //保護(hù)任務(wù)頁表和mm->rss 
 
     struct list_head mmlist;          //所有活動(dòng)mm的鏈表 
     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;  //代碼段的開始start_code ，結(jié)束end_code，數(shù)據(jù)段的開始start_data，結(jié)束end_data 
 
     unsigned long start_brk,brk,start_stack;    //start_brk和brk記錄有關(guān)堆的信息，start_brk是用戶虛擬地址空間初始化，brk是當(dāng)前堆的結(jié)束地址，start_stack是棧的起始地址 
 
     unsigned long arg_start,arg_end,env_start,env_end;     //參數(shù)段的開始arg_start，結(jié)束arg_end，環(huán)境段的開始env_start，結(jié)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; 
} 

分配的每個(gè)虛擬內(nèi)存區(qū)域都由一個(gè)vm_area_struct 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理，包括虛擬內(nèi)存的起始和結(jié)束地址，以及內(nèi)存的訪問權(quán)限等，通常命名為vma;vm_area_struct 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義如下：

struct vm_area_struct { 
 /* The first cache line has the info for VMA tree walking.  
 第一個(gè)緩存行具有VMA樹移動(dòng)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 
 每個(gè)任務(wù)的VM區(qū)域的鏈接列表，按地址排序*/ 
 struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev; 
  
 struct rb_node vm_rb; 
  
 /* 
  此VMA左側(cè)最大的可用內(nèi)存間隙（以字節(jié)為單位）。  
  在此VMA和vma-> vm_prev之間， 
  或者在VMA rbtree中我們下面的一個(gè)VMA與其->vm_prev之間。  
  這有助于get_unmapped_area找到合適大小的空閑區(qū)域。 
  */ 
 unsigned long rb_subtree_gap; 
  
 /* Second cache line starts here.  
 第二個(gè)緩存行從這里開始*/ 
  
 struct mm_struct *vm_mm; /* 我們所屬的address space*/ 
 pgprot_t vm_page_prot;  /* 此VMA的訪問權(quán)限 */ 
 unsigned long vm_flags;  /* Flags, see mm.h. */ 
  
 /* 
  對于具有地址空間（address apace）和后備存儲(chǔ)(backing store)的區(qū)域， 
  鏈接到address_space->i_mmap間隔樹，或者鏈接到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; 
  
 /* 
  在其中一個(gè)文件頁面的COW之后，文件的MAP_PRIVATE vma可以在i_mmap樹和anon_vma列表中。 
  MAP_SHARED vma只能位于i_mmap樹中。  
  匿名MAP_PRIVATE，堆棧或brk vma（帶有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*/ 
  
 /* 用于處理此結(jié)構(gòu)體的函數(shù)指針 */ 
 const struct vm_operations_struct *vm_ops; 
  
 /* 后備存儲(chǔ)（backing store）的信息: */ 
 unsigned long vm_pgoff;  /* 以PAGE_SIZE為單位的偏移量（在vm_file中），*不是* PAGE_CACHE_SIZE*/ 
 struct file * vm_file;  /* 我們映射到文件（可以為NULL）*/ 
 void * vm_private_data;  /* 是vm_pte（共享內(nèi)存） */ 
  
#ifndef CONFIG_MMU 
 struct vm_region *vm_region; /* NOMMU映射區(qū)域 */ 
#endif 
#ifdef CONFIG_NUMA 
 struct mempolicy *vm_policy; /* 針對VMA的NUMA政策 */ 
#endif 
}; 

小實(shí)驗(yàn)

• insmod test.ko pid_mem=3253 顯示各個(gè)vma區(qū)域

• cat /proc/3253/maps 顯示各個(gè)vma區(qū)域

看下兩種方式的對比：