Linux内核之进程地址空间

• 内核中的函数以相当直接了当的方式获得动态内存:
  • __get_free_pages 或 alloc_pages从分区页框分配器中获得页框;
  • kmem_cache_alloc或kmalloc使用slab分配器为专用或通用对象分配块;
  • vmalloc获得一块非连续的内存块;
  • 返回一个页描述符地址或线性地址;
• 内核是操作系统中优先级最高的成分;
• 内核信任自己;
• 内核总是尽量推迟给用户态进程分配动态内存;
• 内核必须能随时准备捕获用户态进程引起的所有寻址错误;
• 当用户态进程请求动态内存时, 并没有会的请求页框, 而仅仅获得对一个新的线性地址区间的使用权, 而这一线性地址区间就称为进程地址空间的一部分, 这一区间叫作线性区;
• 缺页议程处理程序在推迟给进程分配页框中所起的作用;

进程的地址空间

• 进程地址空间是进程使用的全部线性地址组成, 每个进程看到的线性地址集合是不同的;
• 内核可以通过增加或删除某些线性地址区间来动态地修改进程的地址空间;
• 内核通过所谓线性区的资源来表示线性私自区间, 线性区是有起始线性地址、长度和一些访问权限来描述, 起始地址和线性区的长度必须是4096的倍数;
• malloc内部调用brk函数来改变进程堆的大小;

内存描述符

• 与进程相关的全部信息都包含在一个叫做内存描述读的数据结构中;
• 进程所拥有的线性区从来不重叠, 并且内核尽力把新分配的线性区与紧邻的现有线性区进行合并;

缺页异常处理程序

• Linux的缺页异常处理程序必须区分两种情况:
  • 由编程错误引起的异常;
  • 由引用属于进程地址空间但还尚未分配物理页框所引起的异常;
• 线性区描述符可以让缺页异常处理程序非常有效地完成它的工作;
  • do_page_fault函数是缺页中断服务程序;
• 请求调页: 进程开始运行的时候并不访问其地址空间中的全部地址, 实际上, 有一部分地址也许永远不会被进程使用;
  • 程序的局部性原理; 请求调页从重提上使系统有更大的吞吐量, 把页框的分配推迟到不能再推迟为止;

创建进程的地址空间

• 通过copy_mm函数创建新进程的所有页表和内存描述符来创建进程的地址空间;
• 通过exit_mm函数释放进程的地址空间;
• 进程调用brk系统调用, 内核执行sys_brk函数来修改进程堆的大小;