Linux进程地址空间


内核使用内存描述符结构体表示进程的地址空间，该结构体包含了和进程地址空间有关的全部信息。内存描述符由mm_struct结构体表示，定义在文件<linux/sched.h>中。进程地址空间由每个进程的线性地址区（vm_area_struct）组成。通过内核，进程可以给自己的地址空间动态的添加或减少线性区域。如下图是内存描述符mm_struct和线性区域描述符vm_area_struct的关系:

      mm_users域记录正在使用该地址的进程数目。比如，如果两个进程共享该地址空间，那么mm_users的值便等于2;mm_count域是mm_struct的结构体的主引用计数，只要mm_users不为0，那么mm_count值就等于1.当mm_users值减为0（两个线程都退出）时，mm_count域的值才变为0。如果mm_count的值等于0，说明已经没有任何指向该mm_struct结构体的引用了，这时该结构体会被销毁。mmap和mm_rb这两个不同的数据结构描述的对象是相同的：该地址空间中的全部内存区域。mmap结构体最为链表，利于简单，高效地遍历所有元素；而mm_rb结构体作为红-黑树，更适合搜索指定元素。所有的mm_struct结构体通过自身的mmlist域连接在一个双向链表中，该链表的首元素是init_mm内存描述符，它代表0号进程的地址空间。在进程的进程描述符中，mm域存放着该进程使用的内存描述符。copy_process函数利用copy_mm函数复制父进程的内存描述符。像vfork和clone系统调用指定的CLONE_VM标志的，仅仅需要在调用copy_mm()函数中将mm域指向其父进程的内存描述符就可以了：

  1. if(clone_flags & CLONE_VM){   
  2.     atomic_inc(&oldmm->mm_users);   
  3.     mm = oldmm;   
  4.     goto good_mm;   
  5. }  

      而fork系统调用产生的子进程中的mm_struct结构体实际是通过文件kernel/fork.c中的alloc_mm()宏从mm_cachep slab缓存中分配得到的。通常，每个进程都有一个唯一的mm_struct结构体，即唯一的进程地址空间。是否共享地址空间，几乎是进程和Linux中所谓线程间本质上的唯一区别。

      vm_start域指向线性区域的首地址，vm_end域指向尾地址之后的第一个字节，也就是说,vm_start是线性区域的开始地址，vm_end是线性区域的结束地址。vm_mm域指向和VMA相关的mm_struct结构体，注意每个VMA对其相关的mm_struct结构体来说都是唯一的，所以即使两个独立的进程将同一个文件映射到各自的地址空间，他们分别都会有一个vm_area_struct结构体来标志自己的内存区域；但是如果两个线程共享一个地址空间，那么他们也同时共享其中的所有vm_area_struct结构体。

  1. #include <linux/module.h>  
  2. #include <linux/init.h>  
  3. #include <linux/proc_fs.h>  
  4. #include <linux/list.h>  
  5. #include <linux/types.h>  
  6. #include <linux/sched.h>   
  7. int read_myproc(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data){   
  8.     struct task_struct *p;   
  9.     struct vm_area_struct *first;   
  10.     p = list_entry(init_task.tasks.next, struct task_struct, tasks);   
  11.     printk("%20s %20s\n", "vm_area_start", "vm_area_end");   
  12.     for(first = p->mm->mmap; first != NULL;){   
  13.         printk("%20lx %20lx\n", first->vm_start, first->vm_end);   
  14.         first = first->vm->next;   
  15.     }   
  16.     return 0;   
  17. }   
  18. static int __init myproc_init(void){   
  19.     struct proc_dir_entry * e = create_proc_read_entry("myproc",0,NULL,read_myproc,NULL);   
  20.     e->read_proc = read_myproc;   
  21.     return 0;    
  22. }   
  23. static void __exit myproc_exit(void){   
  24.     removre_proc_entry("myproc",NULL);   
  25. }   
  26. module_init(myproc_init);   
  27. module_exit(myproc_exit);   
  28. MODULE_LICENSE("GPL");   
  29. MODULE_AUTHOR("liwanpeng");  

查看init进程的地址空间效果如下：

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