浅析Linux进程的内存管理

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 { 
  
  
 unsigned long vm_start;   
 unsigned long vm_end;   
  
  
 struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev; 
  
 struct rb_node vm_rb; 
  
  
 unsigned long rb_subtree_gap; 
  
  
  
 struct mm_struct *vm_mm;  
 pgprot_t vm_page_prot;   
 unsigned long vm_flags;   
  
  
 union { 
  struct { 
   struct rb_node rb; 
   unsigned long rb_subtree_last; 
  } linear; 
  struct list_head nonlinear; 
 } shared; 
  
  
 struct list_head anon_vma_chain;  
 struct anon_vma *anon_vma;  
  
  
 const struct vm_operations_struct *vm_ops; 
  
  
 unsigned long vm_pgoff;   
 struct file * vm_file;   
 void * vm_private_data;   
  
#ifndef CONFIG_MMU 
 struct vm_region *vm_region;  
#endif 
#ifdef CONFIG_NUMA 
 struct mempolicy *vm_policy;  
#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：