如何理解Linux進程的內存管理

這篇文章給大家介紹如何理解Linux進程的內存管理，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

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幾個關鍵的數據結構

一個進程的虛擬地址空間主要由兩個數據結來描述，一個是 mm_struct，一個是 vm_area_structs。

mm_struct結構描述了一個進程的整個虛擬地址空間，vm_area_truct描述了虛擬地址空間的一個區間(簡稱虛擬區)。下圖就是我們所說的由task_struct到mm_struct，進程的地址空間的分布。

如何理解Linux進程的內存管理

每一個進程都會有自己獨立的mm_struct，這樣每一個進程都會有自己獨立的地址空間，這樣才能互不干擾。當進程之間的地址空間被共享的時候，我們可以理解為這個時候是多個進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;   //擁有該結構體的進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;            //虛擬區間的個數      struct rw_semaphore mmap_sem;      spinlock_t page_table_lock;       //保護任務頁表和mm->rss       struct list_head mmlist;          //所有活動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 ，結束end_code，數據段的開始start_data，結束end_data       unsigned long start_brk,brk,start_stack;    //start_brk和brk記錄有關堆的信息，start_brk是用戶虛擬地址空間初始化，brk是當前堆的結束地址，start_stack是棧的起始地址       unsigned long arg_start,arg_end,env_start,env_end;     //參數段的開始arg_start，結束arg_end，環境段的開始env_start，結束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; }

分配的每個虛擬內存區域都由一個vm_area_struct 數據結構來管理，包括虛擬內存的起始和結束地址，以及內存的訪問權限等，通常命名為vma;vm_area_struct 數據結構的定義如下：

如何理解Linux進程的內存管理

struct vm_area_struct {  /* The first cache line has the info for VMA tree walking.   第一個緩存行具有VMA樹移動的信息*/    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  每個任務的VM區域的鏈接列表，按地址排序*/  struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;    struct rb_node vm_rb;    /*   此VMA左側最大的可用內存間隙（以字節為單位）。    在此VMA和vma-> vm_prev之間，   或者在VMA rbtree中我們下面的一個VMA與其->vm_prev之間。    這有助于get_unmapped_area找到合適大小的空閑區域。   */  unsigned long rb_subtree_gap;    /* Second cache line starts here.   第二個緩存行從這里開始*/    struct mm_struct *vm_mm; /* 我們所屬的address space*/  pgprot_t vm_page_prot;  /* 此VMA的訪問權限 */  unsigned long vm_flags;  /* Flags, see mm.h. */    /*   對于具有地址空間（address apace）和后備存儲(backing store)的區域，   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*/    /* 用于處理此結構體的函數指針 */  const struct vm_operations_struct *vm_ops;    /* 后備存儲（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（共享內存） */   #ifndef CONFIG_MMU  struct vm_region *vm_region; /* NOMMU映射區域 */ #endif #ifdef CONFIG_NUMA  struct mempolicy *vm_policy; /* 針對VMA的NUMA政策 */ #endif };