奔跑吧Linux内核+内存与MMAP/MALLOC

meiyao

奔跑吧Linux内核+内存与MMAP/MALLOC [复制链接]

在《奔跑吧Linux内核》这本书中，关于虚拟内存管理以及进程地址空间的探讨是深入且关键的。虚拟内存管理是现代操作系统中的核心概念，它使得每个进程仿佛拥有独立的、连续的地址空间，即使物理内存是有限的。而进程地址空间则是每个进程所看到的虚拟内存布局。

 

 

在64位系统中，每个用户进程拥有庞大的虚拟地址空间，通常远超物理内存大小。管理这些虚拟地址空间的关键在于有效映射和管理离散的内存块。进程通过系统调用如malloc和mmap来在虚拟地址空间中分配内存块，这些操作在内核中通过相应的机制实现。

 

内存区域是进程地址空间的重要组成部分，它们包含了程序执行所需的各种数据段和代码段。在Linux内核中，每个进程都有一套独立的内存区域，这些区域通过vm_area_struct数据结构来描述，并受到严格的管理和权限控制。

 

 

在Linux系统中，malloc()函数是C语言标准库提供的一个用于动态内存分配的函数。对于初学者来说，理解malloc()如何在不同进程间工作是很重要的。

 

 

malloc()函数为进程提供了一个简单的方式来分配动态内存，而无需直接处理复杂的系统调用或内存管理细节。不同的进程调用malloc()时，是在它们各自独立的地址空间中进行的，因此不会有内存重叠的问题。brk()等系统调用在内部可能被使用，但通常是由malloc()等库函数来封装和调用的，以提供更高级的抽象和易用性。

 

 

 

在Linux操作系统中，每个用户进程都拥有自己独立的地址空间，并且这些地址空间是通过页表来映射到物理内存的。即使两个进程在printf输出时显示它们通过malloc获得的虚拟地址相同，这些地址实际上在内核中对应于两个完全不同的物理内存区域，或者可能是两个完全不同的页表项，它们指向的是不同的物理帧。

 

 

 

mmap机制在Linux内核中的实现确实比brk机制要复杂得多，因为它提供了更多的灵活性和功能。mmap允许进程将一个文件或者其它对象映射进自己的地址空间，实现共享内存、文件I/O、设备驱动等多种功能。与brk不同，mmap可以映射任意大小、任意位置的内存区域，并且可以指定不同的保护标志。

在Linux内核中，mmap的实现涉及到多个关键的数据结构和函数。其中，vm_area_struct（VMA）是一个核心的数据结构，用于表示进程地址空间中的一个连续内存区域。每个VMA都包含有关该区域的起始地址、长度、保护标志、映射的文件等信息。