linux内核源代码学习（4）关于一些数据结构和用户内存的管理

linux内核源代码学习（4）关于一些数据结构和用户内存的管理

---flyli

      这两天工作忙啊，1.8k的基本工资，每天为了多赚绩效奖，老是加班，加班没有加班费，只能按干活的多少来算绩效领绩效奖，不过还算好了，至少不算是白加班吧。。。。

      看到我把工资晒出来，大家可能可以发现，原来我是个如此堕落的程序员。。。说实话，我也不想只拿这么一点，感觉还没在大学学校里当学生的时候拿的钱多。。。

       不过我还是相信很多过来人的话，“等你到了一定层次的时候，你会发现，刚走上社会拿的那些钱根本不值得一提。”，呵呵，找个理由偏偏自己吧

       好了！现在进入正题！

      前几篇文章主要介绍了在阅读MMU内存映射的时候遇到的一些不好理解的问题，现在就开始讲我们用户使用的内存是如何管理的了，和MMU映射的物理内存又有什么关系呢？

      用户程序中使用的内存被称之为“虚存”，因为他并不是实实在在的直接指向物理内存的，中间还要经历一道转换，还有就是要更利于管理。

      我们的“虚存”是如何管理的？它和MMU映射的内存，和物理内存的地址有什么区别呢？下面开始介绍。。

        我所说的用户空间的内存管理，其实就是给予一个进程的用户，每个进程都有一个自己的mm_struct结构，用于管理内存，其和内存有关的成员主要有2个，一个是这次提到的“虚存”(vm_area_struct)的链表，另外一个就是实际的内存映射地址(pgd_t)的数组，

       每一个vm_area_struct结构用于管理一个段连续的物理内存，当然不只是连续，而且其访问权限也必须是相同的哈，当有多个段的时候，此结构的链表就会进行扩展，其基本成员有，地址的起始位置与终止位置，以及下一个vm_area_struct结构体的指针，不过千万不要一位这些位置使用物理内存来表示的哦~~~~~其使用的是“虚存”，关于“虚存”和“pgd”的关系马上就会讲到

       一个mm_struct成员中除了有个虚存管理的结构外，还有就是一个pgd_t页面目录的数组了，这个数组是干什么的呢？他记录了该进程中所有的物理页面映射表。

      关于我们一般使用的malloc的具体过程我还没看到书上写的那部分，但是关于当堆栈区不够使用时，linux如何对其进行扩展我基本还是读懂了的。

      一个程序的用户区间划分如下图所示

      当堆栈的使用超出我们所规划的区间后，linux会判断这个超出的区间是正常的堆栈区需要扩展呢，还是访问出错，判断方法就是x86cpu指令中最长的也就是压栈32个字节，也就是说假如我们访问的栈是再距离以前的划分区间32以内就判断是合法的。

       之后呢，既然说他是合法的，linux就要给这些内存办“户口”啊~如何办呢？

       首先，由于在用户区，堆栈本来就是连续的（“虚存连续”），所以呢，我们不需要单独开辟一个vm_area_struct结构，直接对以前的堆栈结构进行修改就好了，如何修改呢？简单，肯定是改其起始位置了~~~当然之所以修改的是其实位置，其原因是因为堆栈的分配是自高向低扩展的，另外再修改写别的什么vm_area_struct区间的总页面数啊，之类的了，至此，“虚拟地址”的分配基本就完了~这就完了？其实中间省略了很多哈，不过都是无关的小东西，不必刻意研究了吧~

      虚拟内存的建立到时完了，可是我的映射物理页面怎么办呢？恩，这个就要和内存映射开始说起了，内存映射中，由于pgd是映射页面是初始化的时候就全部搞好的所以linux只需要用一个pgd_offset函数就可以找到，而pmd就不一定了，因为映射页面可能还没有建立，于是我们就需要用pmd_alloc函数开辟一个，这个函数和malloc很想吧~虽然实现方法千差万别，不过功能似乎很是相似啊，找到了pmd后，再用pte_alloc找到pte的结构就好了，至此一步一步的pgd，pmd，pte全部凑齐了，映射也就建立了。

      然而，映射的页面是4k的，而vm_area_struct是不一定多少位的连续区域，这个我们如何去把这两个联系起来呢，其实这个并不难，我们知道vm_area_struct中可以包含很多个连续的内存页面（“虚存层次上”），然而vm_area_struct链表中每个的开始位置和结束位置都是相连的，换言之就是连续的，这样就使得“虚存”的物理页面对应着连续的偏移量，通过这个偏移量做引索，或者说是数组下标，就可以再mm_struct结构中的pgd成员中找到对应的物理页面。

      哈哈，这几个概念终于被我理通了，不过假如有不对的地方，希望各位大侠千万不要吝惜笔墨，多多指正哈，在下感激不尽！！！！！！！！！！！

      最后送上《linux内核代码情景分析》的内存管理数据结构映射图哈