Linux进程2——进程加载

Posted 2020-10-01

Linux每个可执行程序都具有相同的虚拟地址分配，当OS启动进程时，是如何加载程序呢？

1. 进程结构体

　　每个进程都具有task_struct结构体，该结构体的mm字段负责对程序内存的虚拟地址映射。

mm中每个vm_area_struct对应可执行程序的段虚拟地址空间，例如.text等。当程序被执行时，程序的这些虚拟地址

就被填入不同的vm_area_struct中。

　　

struct vm_area_struct {
    ... ...
        
    unsigned long vm_start;        //虚拟地址开始地址
    unsigned long vm_end;          //虚拟地址结束地址        
    struct file * vm_file;         //可执行程序文件句柄
    unsigned long vm_pgoff;        //段在可执行程序中位置        
    struct vm_operations_struct * vm_ops;    //操作可执行程序的函数
    
    ... ...
};

2. 虚拟地址访问

　　Linux进程采用页机制访问虚拟地址。为了简化，可以这样理解，虚拟地址由3部分组成。

　　（1）高10bit表示页目录的基地址，保存在x86的CR3寄存器中。

　　（2）中间10bit是页索引，目录基地址加上该索引可以获取页的描述符地址。页描述中具有页实际物理地址。

　　（3）最后12bit为虚拟地址在物理页中偏置。

　　程序在访问虚拟地址时，有芯片硬件完成上面动作。

3.程序加载

　　为了保证程序运行时能够正常访问这些地址，必须在加载时填入页目录项，页索引和物理页。

　　（1）当程序加载时，由CR3寄存器获取页目录基地址pdg。

　　（2）访问虚拟地址，假定高10bit为i，中间10bit为j，最后12bit为k。首先读取页目录地址，判断pdg[i]是否为0，如果为0触发do_page_fault()分配一个物理页。

　　（3）pdg[i][j]为页描述符，修改描述，保存页物理地址。

　　（4）利用vm_area_struct 结构体中file，ops，pgoff等读取程序到内存。

4.页面交换

　　每个进程都是虚拟的4GB内存，如果物理不够怎么办？

　　每个物理页都具有mem_map结构体，该结构体记录如下信息:

　　（1）本页使用计数

　　（2）页年龄

　　（3）页帧号

　　对于数据映像，如果页没有被写过，可以直接丢掉；如果该页被修改，需要将“脏页”保存在交换文件中。