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【Linux 内存管理】2 进程地址空间 - vm_area_struct 数据结构

news 2025/9/4 9:44:20

1、VMA 数据结构

VMA(vm_area_struct）数据结构定义在 include/linux/mm_types.h 文件中，由mm_struct中的mmap指针指向。

每个VMA都要链接到mm_struct的链表和红黑树中。
- mmap形成一个单链表，进程中所有VMA都链接到这个链表中，链表头是mm_struct->mmap
- mm_rb 是红黑树的根节点，每个进程在VMA中都有一个红黑树。
VMA按照起始地址以递增的方式插入mm_struct->mmap中
- 当进程拥有大量的VMA时，通过红黑树快速进行VMA的查找。

struct vm_area_struct {/* The first cache line has the info for VMA tree walking. */unsigned long vm_start;                        //1、该VMA在进程地址空间的起始地址unsigned long vm_end;                          //2、该VMA在进程地址空间的结束地址  struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;      //3、虚拟内存区域链表中的前继，后继指针，以链表形式连接struct rb_node vm_rb;                          //4、VMA作为一个节点加入红黑树 (每个进程的mm_struct数据结构中都有一个红黑树（mm—>mm_rb））unsigned long rb_subtree_gap;/* Second cache line starts here. */struct mm_struct *vm_mm;                       //5、指向该VMA所属进程的mm_struct数据结构 pgprot_t vm_page_prot;                         //VMA的访问权限unsigned long vm_flags;                        //描述该VMA的一组标志位struct {struct rb_node rb;unsigned long rb_subtree_last;} shared;    struct list_head anon_vma_chain;                //6、用于管理反向映射struct anon_vma *anon_vma;                      //用于管理反向映射  const struct vm_operations_struct *vm_ops;      //7、通常用于文件映射对VMA中执行各种操作的方法集合。unsigned long vm_pgoff;                         //8、指定文件映射的偏移量，这个变量的单位不是字节，而是页面的大小（PAGE_SIZE）//对于匿名页面来说，可以是0 或 vm_addr/page_size    struct file * vm_file;                        //9、映射的文件，匿名映射即为nullvoid * vm_private_data;atomic_long_t swap_readahead_info;struct vm_region *vm_region;
#ifdef CONFIG_NUMAstruct mempolicy *vm_policy;    /* NUMA policy for the VMA */
#endifstruct vm_userfaultfd_ctx vm_userfaultfd_ctx;
}

task_struct 数据结构中有一个mm成员指向进程的内存管理描述符 mm_struct数据结构。
- 通过mm_struct 数据结构中的mmap成员来遍历所有的VMA。
- 通过mm_struct 数据结构中的mm_rb成员来遍历和查找VMA。
- mm_struct 数据结构的pgd成员指向进程的页表，每个进程都有一份独立的页表。
当CPU第一次访问虚拟地址空间时，会触发缺页异常。
- 在缺页异常处理中，分配物理页面，利用分配的物理页面来创建页表项并且填充页表。
- 完成虚拟地址到物理地址的映射关系的建立。