讀核日記(八)

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地址的映射機制

地址的映射機制,主要完成主存.輔存.和虛存之間的關聯.包括磁盤文件到虛存的映射和虛存與內存的映射關系.為了虛擬存儲和進程調度相一致.linux 采用可一系列的數據結構,和一個硬件緩存(TLB)來實現地址映射機制.

mm_strut 用來描述進程的緩存.

struct mm_struct

{

struct vm_area_struct * mmap; /* list of VMAs */

struct vm_area_struct * mmap_avl; /* tree of VMAs */

struct vm_area_struct * mmap_cache; /* last find_vma result */

pgd_t * pgd;

atomic_t count;

int map_count; /* number of VMAs */

struct semaphore mmap_sem;

spinlock_t page_table_lock;

unsigned long context;

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;

unsigned long rss, total_vm, locked_vm;

unsigned long def_flags;

unsigned long cpu_vm_mask;

unsigned long swap_cnt; /* number of pages to swap on next pass */

unsigned long swap_address;

/*

* This is an architecture-specific pointer: the portable

* part of Linux does not know about any segments.

*/

void * segments;

};

他描述了一個進程的頁目錄,有關進程的上下文信息.以及數據.代碼.堆棧的啟示結束地址.還有虛擬存儲取得數目.以及調度存儲用的鏈表指針.他的參差比較高

較高層次的vm_area-struct 是描述進程的虛擬地址區域.他形成一個算相鏈表.按虛地址下降排列.這樣當內核需要在一個給定進程頁上執行給定操作時.客從雙向列表中找到該項.在世想有關頁的處理.如.頁錯誤.頁換出等等

他的具體結構如下:

struct vm_area_struct {

struct mm_struct * vm_mm; /* VM area parameters */

unsigned long vm_start;

unsigned long vm_end;

　

/* linked list of VM areas per task, sorted by address */

struct vm_area_struct *vm_next;

　

pgprot_t vm_page_prot;

unsigned short vm_flags;

　

/* AVL tree of VM areas per task, sorted by address */

short vm_avl_height;

struct vm_area_struct * vm_avl_left;

struct vm_area_struct * vm_avl_right;

　

/* For areas with inode, the list inode->i_mmap, for shm areas,

* the list of attaches, otherwise unused.

*/

struct vm_area_struct *vm_next_share;

struct vm_area_struct **vm_pprev_share;

　

struct vm_operations_struct * vm_ops;

unsigned long vm_offset;

struct file * vm_file;

unsigned long vm_pte; /* shared mem */

};

而page 結構 則是對物理頁進行描述的一個數據結構,他不是一個真正的物理頁.而只不過是描述了一個物理頁的內容和框架.作了邏輯頁的一個標志;.他的標志域定義了這個頁在進行的操作.鏈域則定義了一個雙項鏈表.時的頁框.可以很容易的查找到.為實際物理內存的使用直到方便

他的具體結構如下

typedef struct page {

/* these must be first (free area handling) */

struct page *next;

struct page *prev;

struct inode *inode;

unsigned long offset;

struct page *next_hash;

atomic_t count;

unsigned long flags; /* atomic flags, some possibly updated asynchronously */

wait_queue_head_t wait;

struct page **pprev_hash;

struct buffer_head * buffers;

int owner; /* temporary debugging check */

} mem_map_t;

所有的page 結構將都被轉入一個叫做mem_map 的數組中.

當一個進程運行時,他的代碼段和數據段將都會被調入內存.如果它使用了共享庫.共享客的內容也將貝雕如內存.進程運行時.系統首先分配一個vm_area_struct 給進程.並將這各進程連結到虛擬內存的連標中去.這是根據進程的可執行影像中的信息.吧數據段和客執行代碼非配內存.新分配的內存必須和進程已有的內存連結起來才能應用.這樣聚會出現頁故障.系統利用了請頁機制來避免對物理內存的過分使用.但進程訪問的虛存不在當前的物理內存時,這時系統會將需要的頁調入內存.同時修改進程的頁表.用來標志虛擬頁是否在物理內存中.

因此,系統用了較復雜的數據結構來跟蹤進程的虛擬地址.在task_struct 中包含一個指向mm_struct 結構的指針.進程的mm_struct 中則包含了進程可執行影像的頁目錄指針pgd.還包含了指向vm_area_struct 的幾個指針,每個vm_area_struct 包含一個進程的虛擬地址區域.

一個進程有多個vm_area_stuct 結構.linux 要經常對進程分配..或調整vm_area_struct .這樣對vm_area_stuct 的查找效率.對系統很有影像.所以在這裡將所有的vm_area_struct 形成了一個查找效率較高的平衡二叉樹結構.

我個人認為,在整個linux內核中這個地方.數據結構是最復雜的.如果把這一部分肯下來以後,整個內核便開始清晰了