Linux内存管理

在讨论进程空间细节前,这里先要澄清下面几个问题：

第一、4G的进程地址空间被人为的分为两个部分——用户空间与内核空间.用户空间从0到3G（0xC0000000）,内核空间占据3G到4G.用户进程通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址,不能访问内核空间虚拟地址.只有用户进程进行系统调用（代表用户进程在内核态执行）等时刻可以访问到内核空间.

第二、用户空间对应进程,每当进程切换,用户空间就会跟着变化；而内核空间是由内核负责映射,它并不会跟着进程改变,是固定的.内核空间地址有自己对应的页表（init_mm.pgd）,用户进程各自有不同的页表.

第三、每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干的.不信的话,你可以把上面的程序同时运行10次（当然为了同时运行,让它们在返回前一同睡眠100秒吧）,你会看到10个进程占用的线性地址一模一样.

进程内存管理

进程内存管理的对象是进程线性地址空间上的内存镜像,这些内存镜像其实就是进程使用的虚拟内存区域（memory region）.进程虚拟空间是个32或64位的“平坦”（独立的连续区间）地址空间（空间的具体大小取决于体系结构）.要统一管理这么大的平坦空间可绝非易事,为了方便管理,虚拟空间被划分为许多大小可变的(但是4096的倍数)内存区域,这些区域在进程线性地址中像停车位一样有序排列.这些区域的划分原则是“将访问属性一致的地址空间存放在一起”,所谓访问属性在这里无非指的是“可读、可写、可执行等”.

如果你要查看某个进程占用的内存区域,可以使用命令cat /proc/<pid>/maps获得（pid是进程号,你可以运行上面我们给出的例子——./example &;pid便会打印到屏幕）,你可以发现很多类似于下面的数字信息.

程序example使用了动态库,除了example本身使用的的内存区域外,还会包含那些动态库使用的内存区域（区域顺序是：代码段、数据段、bss段）.

我们下面只抽出和example有关的信息,除了前两行代表的代码段和数据段外,一行是进程使用的栈空间.

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08048000 - 08049000 r-xp 00000000 03:03 439029 /home/mm/src/example

08049000 - 0804a000 rw-p 00000000 03:03 439029 /home/mm/src/example

……………

bfffe000 - c0000000 rwxp ffff000 00:00 0

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每行数据格式如下：

（内存区域）开始－结束 访问权限 偏移 主设备号：次设备号 i节点 文件.

注意,你一定会发现进程空间只包含三个内存区域,似乎没有上面所提到的堆、bss等,其实并非如此,程序内存段和进程地址空间中的内存区域是种模糊对应,也就是说,堆、bss、数据段（初始化过的）都在进程空间中由数据段内存区域表示.

在Linux内核中对应进程内存区域的数据结构是: vm_area_struct, 内核将每个内存区域作为一个单独的内存对象管理,相应的操作也都一致.采用面向对象方法使VMA结构体可以代表多种类型的内存区域－－比如内存映射文件或进程的用户空间栈等,对这些区域的操作也都不尽相同.

vm_area_strcut结构比较复杂,关于它的详细结构请参阅相关资料.我们这里只对它的组织方法做一点补充说明.vm_area_struct是描述进程地址空间的基本管理单元,对于一个进程来说往往需要多个内存区域来描述它的虚拟空间,如何关联这些不同的内存区域呢？大家可能都会想到使用链表,的确vm_area_struct结构确实是以链表形式链接,

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