OK6410A 开发板 (八) 49 linux-5.11 OK6410A linux用户空间虚拟内存的管理 VMA

之前介绍过了 linux 虚拟内存管理方式 有5种,其中一种(名为VMA)用于 用户空间虚拟内存的管理,本篇就介绍 VMA

VMA 是什么

task_struct 中的 mm_struct 中的 mmap(VMA) // mmap 的结构体类型 为 vm_area_struct

可以看出来 , VMA是一种数据结构,结构体类型为vm_area_struct，那么对应的就有算法

VMA 相关的数据结构 与 算法的集合  就是我们这篇要讨论的内容

用户空间 可访问的区域 是 0G-3G

当然不是 0-3G内的所有地址都可访问 , 可访问的地址空间 被称为 进程地址空间

只有做了内存申请的区域才可以被访问

做一次内存申请 , 就等价于 将 创建一个 vm_area_struct 结构体 // 一个 VMA 就是 一个 vm_area_struct 结构体

...

做N次内存申请 , 就等价于 将 创建N个 vm_area_struct 结构体

进程地址空间 就是  N 个 vm_area_struct 结构体的集合

这个 N 个 vm_area_struct  结构体 会被 放到 红黑树 和 链表中,进行管理

1个 vmap_area  结构体 可以描述什么

代码段

数据段

用户进程的栈

mmap区域

堆映射区域

VMA 相关数据结构

mm_struct

mm_struct 

mmap : VMA链表 // 结构体类型为 vm_area_struct

mm_rb : VMA 红黑树

get_unmapped_data : 用来返回一段没有映射过的空间(在0-3G之间)的起始地址 , 架构相关

mmap_base : mmap 区域的 起始地址 , arm32 中 值 为 0x40000000

pgd : 进程页表的PGD目录,用于写入 cp15 页表基址寄存器(c2)

mm_users : 记录正在使用该进程地址空间的进程数目 // 场景是  多线程

mmlist : mm_struct 在的链表 // 链表头是 init进程的mm_struct中的mmlist:init_mm

start_code,end_code : 代码段 // 虽然代码段是一个VMA(VMA放到链表和红黑树就行了),但是这个VMA特殊,就拎出来了

start_data,end_data : 数据段

start_brk : 栈段

brk : 堆段

total_vm : 已经使用的进程地址空间总和 (小于3G)

vm_area_struct 即VMA

vm_area_struct  

vm_start,vm_end : 内存区域 的 起始地址和结束地址

vm_next,vm_prev : 链表 // 挂载到 mm_struct  的 mmap 成员

vm_rb : 红黑树 // 挂载到 mm_struct  的 mm_rb 成员

vm_mm : 该VMA所属的 mm_struct

vm_page_port : VMA的访问权限 // 用于设置pte

vm_flags : 标志位,不知道干啥的

anon_vma_chain,anon_vma : remap 反向映射相关

// 文件相关, 为什么 VMA 中有这些成员???

vm_ops : 用于文件映射的函数集合

vm_pgoff : 文件映射的偏移量(单位,页面)

vm_file : 指向一个 被映射的文件

VMA 相关算法

红黑树与链表 : 增删改查

VMA很多时,在链表中查找指定的vma很慢,通过红黑树来加快查找速度

一般我们将 链表 视为 一个算法 , 将 红黑树视为一个算法

而 VMA算法 其实是 封装了 链表和红黑树 的 一种算法

增

insert_vm_struct

合并

vma_merge

插入时,会尝试与合适的 VMA 进行合并

查

find_vma

find_vma_prev

...