linux内核源码分析之虚拟内存映射
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了linux内核源码分析之虚拟内存映射相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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内存映射即在进程的虚拟内存地址空间中创建一个映射，分为两种
1）文件映射：文件支持的内存映射，把文件的一个区间映射到进程的虚拟地址空间，数据源是存储设备上的文件。
2）匿名映射：没有文件支持的内存映射，把物理内存映射到进程的虚拟地址空间，没有数据源。
内存映射原理
创建内存映射时，在进程的用户虚拟地址空间中分配一个虚拟内存区域。内核采用延迟分配物理内存的策略，在进程第一次访问虚拟页的时候，产生缺页异常。
- 如果是文件映射，那么分配物理页，把文件指定区间的数据读到物理页中，然后在页表中把虚拟页映射到物理页；
- 如果是匿名映射，就分配物理页，然后在页表中把虚拟页映射到物理页 ；
系统调用
应用程序 malloc或mmap申请内存，glibc库的内存分配器ptmalloc使用brk或mmap向内核以页为单位申请虚拟内存，然后把页划分成小内存块给应用程序。
默认阈值是128kb,如果应用程序申请的内存长度小于阈值，ptmalloc使用brk，否则使用mmap
注：应用层的mmap和内核中的mmap参数不一样
库函数
#include <sys/mman.h>
void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
内核
int mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
mmap内存映射原理三个阶段
- 进程启动映射过程，并在虚拟地址空间中为映射创建虚拟映射区域；
- 调用内核空间的系统调用mmap，实现物理地址空间和进程的虚拟的一一映射关系；
- 进程发起对这片映射空间的访问，引发缺页异常，实现文件内容到物理内存的拷贝；
sys_mmap系统调用
mmap 创建 " 内存映射 " 的调用mmap 和 mmap2 ;
mmap 偏移单位是 " 字节 " ,mmap2 偏移单位是 " 页 " ,
在 arm 64 体系架构中 , 没有实现 mmap2 , 只实现了 mmap 系统调用 ;
munmap系统调用
系统调用munmap用来删除内存映射，它有两个参数：起始地址和长度即可。它的主要工作委托给内核源码文件处理mm/mmap.c
步骤解析
- vma = find_vma(mm,start);//根据起始地址找到要删除的第一个虚拟内存区域vma
- 如果只删除虚拟内存区域vam的部分，那么分裂虚拟内存区域vma
- 根据结束地址找到删除的最后一个虚拟内存区域vma
- 如果只删除虚拟内存区域last的一部分，那么分裂虚拟内存区域vma
- 针对所有删除目标，如果虚拟内存区域被锁定在内存中，调用函数解锁
- 把所有目标从进程虚拟内存区域链表和树链表中删除，组成一条临时链表
- 针对所有删除目标，在进程的页表中删除映射，并且从处理器的页缓存中删除映射
- 执行处理器架构特定的处理操作
- 删除所有目标
源码如下：
//找到要删除的 第一个 虚拟内存区域 vm_area_struct 结构体实例
int __do_munmap(struct mm_struct *mm, unsigned long start, size_t len,
struct list_head *uf, bool downgrade)
unsigned long end;
struct vm_area_struct *vma, *prev, *last;
if ((offset_in_page(start)) || start > TASK_SIZE || len > TASK_SIZE-start)
return -EINVAL;
len = PAGE_ALIGN(len);
end = start + len;
if (len == 0)
return -EINVAL;
/*
* arch_unmap() might do unmaps itself. It must be called
* and finish any rbtree manipulation before this code
* runs and also starts to manipulate the rbtree.
*/
// 该处理器架构 对应的 删除内存映射的处理操作
arch_unmap(mm, start, end);
/* Find the first overlapping VMA */
vma = find_vma(mm, start);
if (!vma)
return 0;
prev = vma->vm_prev;
/* we have start < vma->vm_end */
/* if it doesn't overlap, we have nothing.. */
if (vma->vm_start >= end)
return 0;
/*
* If we need to split any vma, do it now to save pain later.
*
* Note: mremap's move_vma VM_ACCOUNT handling assumes a partially
* unmapped vm_area_struct will remain in use: so lower split_vma
* places tmp vma above, and higher split_vma places tmp vma below.
*/
if (start > vma->vm_start)
int error;
/*
* Make sure that map_count on return from munmap() will
* not exceed its limit; but let map_count go just above
* its limit temporarily, to help free resources as expected.
*/
if (end < vma->vm_end && mm->map_count >= sysctl_max_map_count)
return -ENOMEM;
//不是删除整个 vam 内存区域,指向分裂的区域
error = __split_vma(mm, vma, start, 0);
if (error)
return error;
prev = vma;
/* Does it split the last one? */
last = find_vma(mm, end);
if (last && end > last->vm_start)
int error = __split_vma(mm, last, end, 1);
if (error)
return error;
vma = prev ? prev->vm_next : mm->mmap;
if (unlikely(uf))
/*
* If userfaultfd_unmap_prep returns an error the vmas
* will remain splitted, but userland will get a
* highly unexpected error anyway. This is no
* different than the case where the first of the two
* __split_vma fails, but we don't undo the first
* split, despite we could. This is unlikely enough
* failure that it's not worth optimizing it for.
*/
int error = userfaultfd_unmap_prep(vma, start, end, uf);
if (error)
return error;
/*
* unlock any mlock()ed ranges before detaching vmas
*/
//解锁
if (mm->locked_vm)
struct vm_area_struct *tmp = vma;
while (tmp && tmp->vm_start < end)
if (tmp->vm_flags & VM_LOCKED)
mm->locked_vm -= vma_pages(tmp);
munlock_vma_pages_all(tmp);
tmp = tmp->vm_next;
/* Detach vmas from rbtree */
// 虚拟内存区域 " 从 进程的 虚拟内存区域 链表 和 红黑树 数据结构中删除
detach_vmas_to_be_unmapped(mm, vma, prev, end);
if (downgrade)
downgrade_write(&mm->mmap_sem);
//被删除内存区域 对应的 映射 " 删除 , 从处理器页表缓存中也删除对应映射
unmap_region(mm, vma, prev, start, end);
/* Fix up all other VM information */
//删除所有的虚拟内存区域
remove_vma_list(mm, vma);
return downgrade ? 1 : 0;
int do_munmap(struct mm_struct *mm, unsigned long start, size_t len,
struct list_head *uf)
return __do_munmap(mm, start, len, uf, false);
int vm_munmap(unsigned long addr, size_t len)
struct mm_struct *mm = current->mm;
int ret;
down_write(&mm->mmap_sem);
ret = do_munmap(mm, addr, len, NULL);
up_write(&mm->mmap_sem);
return ret;
参考链接
以上是关于linux内核源码分析之虚拟内存映射的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章