【存储管理】brk()系统调用

尽管应用程序编程时很少直接调用brk()系统调用，但是它是最经常使用的系统调用；

（1）C语言中的malloc以及C++语言中的new都在间接的调用着brk()这个系统调用；内核中含有3GB的用户虚存空间，会部分映射到物理存储空间；用户程序经过编译，链接形成的映像文件中含有一个代码段（在下）和一个数据段（在上，分为data段和bss段），包含所有的静态空间（包含全局变量和static的局部变量）是一个进程所基本必须的，所以在一个进程运行时就必须分配好这些空间，包括虚拟空间和物理页面及其映射；堆栈空间在虚存空间的顶部，运行时向下生长，代码段和数据段在底部，运行时不向上伸展；故数据段的顶部end_data和堆栈空间的下沿是个巨大的空洞，这就是运行时动态分配的空间；最初这个动态分配空间时从进程的end_data开始的，每次动态分配一块内存，这个边界就往上推进一段距离；内核中管理这个边界记录到该进程的mm_struct的 brk成分；当新请求的大小与这个成分相加后，我们又得到了新的成分；一旦新的成分边界要逼近到堆栈空间下沿时，就决绝分配返回-1；

（2）brk()在内核中的实现是sys_brk()，传入的参数是新边界brk，oldbrk可以从mm_struct的 brk成分中获取，若brk小于oldbrk时，为释放内存要该段内存，即调用do_munmap()；否则就要分配空间；

在do_munmap()解除空间中

（1）首先通过find_vma_prev()扫描vm_area_struct或AVL树，试图找到高于adr的第一个地址，返回其前驱的指针，为0时说明原来没有映射；如果这部分空间在某个区间的中间爱你，解除映射后就会留下空洞，是原来的空间一分为二，在不超过虚拟空间的数量情况下；

（2）首先将所有要解除映射的区间转移到一个临时队列free中，解除avl树中的映射，以及将mmap_cache清零；通过while循环中，判断是否是mmap（）映射的空间，是就要采用写互斥，使它们从inode的i_mapping队列中移走；zap_page_range()解除若干连续页面的映射，并且释放所映射内存页面或交换设备对物理页面的引用，首先通过pgd_offest()在第一层页面目录中找到起始地址所属的目录项，然后在do-while()中从处理所有的目录项，对每一个目录项，通过zap_pmd_range()处理第二层的中间目录项（二级映射中直接返回指向第一层目录项的指针），然后继续调用zap_page_range()，首先调用pte_get_and_clear()将页面表项清成0，调用free_pte()解除对内存页面以及盘上页面的使用，通过free_page_and_swap_cache()调用delete_from_swap_cache_nolock()将page从LRU队列，换入换出的置换队列，杂凑队列中移走出来，其实也是通过swap_free()释放盘上页面；通过unmap（）来完成对vm_area_struct以及mm_struct上的信息更新；对于页面表所占的页面使用free_pgtables()来释放；

在分配空间中

（1）首先对进程的资源限制进行判别，看是否超过，此外还要通过find_vma_intersetcion()检查所要求的那部分空间是否与已存在的某一区间相冲突；通过vm_enough_memory()看看系统中是否有足够的空闲内存页面；通过这些条件后，就到了操作的主体do_brk()；

（2）在do_brk()中，对于冲突的问题，高端的与堆栈段冲突是不能接受的，而低端与数据段的冲突，进程对可能的错误负责，可解除原来的映射，而对于堆栈段就不能解除原来的映射；合并或新建立一个虚拟空间，最后通过 make_pages_present()产生一次缺页异常，通过handle_mm_fault()来处理；