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Linux X86-64 进程内存空间布局(续)

2012年4月3日 发表评论 阅读评论 7,268 次浏览

在很久很久以前,我曾详细的分析过应用程序里的内存管理,也就是应用程序里的内存分配与释放过程,具体可以参考:dlmalloc解析连载完整word文档,这是站在应用程序角度来看的内存管理视图,更具体点说只是应用程序对自己所用到的堆空间内存的管理视图。
在不久之前,我又提到过Linux X86-64 进程内存空间布局,这是内核对应用程序所使用的所有内存的管理视图,但那只是粗略表现,下面介绍一下内核里的具体实现。这需要翻阅内核代码,下面代码都来自内核2.6.38.8
在linux内核里,一个进程对应一个task_struct结构体,或者这样说,一个task_struct结构体描述了一个进程所包含的各种信息(即可称之为进程描述符,process descriptor),所以关于进程的内存信息在这个结构体内也能找到对应的记录字段

struct task_struct {
...
#ifdef CONFIG_SMP
	struct plist_node pushable_tasks;
#endif

	struct mm_struct *mm, *active_mm;
#ifdef CONFIG_COMPAT_BRK
	unsigned brk_randomized:1;
#endif
...
};

有两个类型为mm_struct结构体的字段mm和active_mm,不过mm才是本文的主角,active_mm待后续再讲。对应前面说称task_struct结构体为进程描述符,那么结构体mm_struct可称为内存描述符(memory descriptor),它概要了对应应用程序所使用的内存信息,比如所有段(segment)、各个主要段的始末位置、使用常驻内存的总大小等等:

struct mm_struct {
	struct vm_area_struct * mmap;		/* list of VMAs */
	struct rb_root mm_rb;
...
	unsigned long mmap_base;		/* base of mmap area */
...
	unsigned long hiwater_rss;	/* High-watermark of RSS usage */
	unsigned long hiwater_vm;	/* High-water virtual memory usage */

	unsigned long total_vm, locked_vm, shared_vm, exec_vm;
	unsigned long stack_vm, reserved_vm, def_flags, nr_ptes;
	unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
	unsigned long start_brk, brk, start_stack;
	unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
...
};

还是来看图说话:

上图中mmap_base所指向的Mapping segment段起始位置并没有画错,在内核源码mmap.c里有这方面的准确信息,可以看到mmap_base的值由mmap_base()函数获得,而该函数返回的是一个靠近(TASK_SIZE + staack最大值)的值,当然,这只是一般情况,也有其它情况,Mapping段以Bottom-up的形式布局。
vm_area_struct结构体变量mmap是mm_struct结构体内另一个非常重要的字段,它将所有的segment段以双向链表的形式关联起来,每一个segment用一个或多个(比如应用程序多次mmap的位置不连续,此时就会有多个vm_area_struct与Mapping segment对应)vm_area_struct描述。每一个vm_area_struct节点详细记录了该VMA(virtual memory area)的相关属性,比如起始地址(vm_start)、结束地址(vm_end)、访问权限(vm_flags)以及对应的映射文件(vm_file,可为NULL,此时为anonymous匿名)。这些vm_area_struct节点除了会按起始地址顺序以链表的形式组织起来外,还会以红黑树的形式组织起来以便快速查找,而根节点记录在mm_struct结构体的mm_rb字段内。当我们执行“cat /proc/self/maps”时,当然只需顺序读取链表就行了。:)

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