如何理解Linux进程的内存管理

这篇文章给大家介绍如何理解Linux进程的内存管理，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

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：

关于如何理解Linux进程的内存管理就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。