由 user process角度來(lái)說(shuō)明的話，VMA 是 user process 里一段 virtual address space 區(qū)域；virtual address space 是連續(xù)的內(nèi)存空間，當(dāng)然VMA 也會(huì)是連續(xù)的空間。VMA?對(duì) Linux 的主要好處是，可以內(nèi)存的使用更有效率，並且更容易管理 user process address space。

從另一個(gè)觀念來(lái)看，VMA 可以讓 Linux kernel 以 process 的角度來(lái)管理 virtual address space。Process 的 VMA對(duì)應(yīng)，可以由 /proc/<pid>/maps 來(lái)查看；例如 pid 1（init）的 VMA mapping為：

$ cat /proc/1/maps

08048000-0804e000 r-xp ?00000000 08:01 12118 /sbin/init

0804e000-08050000 rw-p 00005000 08:01 12118 /sbin/init

08050000-08054000 rwxp 00000000 00:00 0

40000000-40016000 r-xp ?00000000 08:01 52297 /lib/ld-2.2.4.so

40016000-40017000 rw-p 00015000 08:01 52297 /lib/ld-2.2.4.so

40024000-40025000 rw-p 00000000 00:00 0

40025000-40157000 r-xp ?00000000 08:01 58241 /lib/i686/libc-2.2.4.so

40157000-4015c000 rw-p 00131000 08:01 58241 /lib/i686/libc-2.2.4.so

4015c000-40160000 rw-p 00000000 00:00 0

bfffe000-c0000000 ??rwxp fffff000 00:00 0

列表中的各列格式如下：

start-end perm offset major:minor inode image

Linux 以 struct vm_area_struct 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)記錄每一「區(qū)域」的 VMA 信息（include/linux/mm.h）：

struct vm_area_struct {

struct mm_struct ?* vm_mm;

unsigned long vm_start;

unsigned long vm_end;

struct vm_area_struct *vm_next;

pgprot_t vm_page_prot;

unsigned long vm_flags;

rb_node_t vm_rb;

struct vm_area_struct *vm_next_share;

struct vm_area_struct **vm_pprev_share;

struct vm_operations_struct * vm_ops;

unsigned long vm_pgoff;

struct file * vm_file;

unsigned long vm_raend;

void * vm_private_data;

};

struct vm_area_struct 里有 3 域，用來(lái)來(lái)保存 VMA 數(shù)據(jù)信息：

˙ unsigned long vm_start：記錄此 VMA 區(qū)域的開始位址（start address）。

˙ unsigned long vm_end：記錄此 VMA區(qū)域的結(jié)束位址（end address）。

˙ struct vm_area_struct *vm_next：指向下一個(gè) VMA 區(qū)域結(jié)構(gòu)的指針（Linux 以 linked list 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)維護(hù)每一個(gè) VMA 區(qū)域）。

VMA 的實(shí)際作用主要是為了能更有效率地管理內(nèi)存，并且是給予 paging 系統(tǒng)之上所發(fā)展出的；VMA 是比原始 paging 更高級(jí)的內(nèi)存管理方法。

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圖：Process與 VMA 關(guān)系

Memory Descriptor

Linux 的「Process Descriptor」數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct task_struct（include/linux/sched.h）。Process descriptor 里的 mm field 記錄了 process 的 VMA 信息：

struct task_struct {

...

struct mm_struct *mm;

...

}

struct mm_struct 即是 Linux 提供的「Memory Descriptor」數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以下是 struct mm_struct 的原型宣告：

struct mm_struct {

struct vm_area_struct * mmap;??? /* list of VMAs */

struct rb_root mm_rb;

struct vm_area_struct * mmap_cache;??? /* last find_vma result */

unsigned long (*get_unmapped_area) (struct file *filp,

unsigned long addr, unsigned long len,

unsigned long pgoff, unsigned long flags);

void (*unmap_area) (struct mm_struct *mm, unsigned long addr);

unsigned long mmap_base;??????? /* base of mmap area */

unsigned long task_size;??????? /* size of task vm space */

unsigned long cached_hole_size; /* if non-zero, the largest hole below free_area_cache */

unsigned long free_area_cache;??? /* first hole of size cached_hole_size or larger */

pgd_t * pgd;

atomic_t mm_users;??????????? /* How many users with user space? */

atomic_t mm_count;??????????? /* How many references to "struct mm_struct" (users count as 1) */

int map_count;??????????????? /* number of VMAs */

struct rw_semaphore mmap_sem;

spinlock_t page_table_lock;??????? /* Protects page tables and some counters */

struct list_head mmlist;??????? /* List of maybe swapped mm's. These are globally strung

* together off init_mm.mmlist, and are protected

* by mmlist_lock

*/

/* Special counters, in some configurations protected by the

* page_table_lock, in other configurations by being atomic.

*/

mm_counter_t _file_rss;

mm_counter_t _anon_rss;

unsigned long hiwater_rss;??? /* High-watermark of RSS usage */

unsigned long hiwater_vm;??? /* High-water virtual memory usage */

unsigned long total_vm, locked_vm, shared_vm, exec_vm;

unsigned long stack_vm, reserved_vm, def_flags, nr_ptes;

unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;

unsigned long start_brk, brk, start_stack;

unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;

unsigned long saved_auxv[AT_VECTOR_SIZE]; /* for /proc/PID/auxv */

unsigned dumpable:2;

cpumask_t cpu_vm_mask;

/* Architecture-specific MM context */

mm_context_t context;

/* Token based thrashing protection. */

unsigned long swap_token_time;

char recent_pagein;

/* coredumping support */

int core_waiters;

struct completion *core_startup_done, core_done;

/* aio bits */

rwlock_t??????? ioctx_list_lock;

struct kioctx??????? *ioctx_list;

};

Memory descriptor 顧名思義，是用來(lái)描述 process 內(nèi)存信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由 struct mm_struct 里可以看到一個(gè)名為 mmap 的 field，mmap 的 data type?為 struct vm_area_struct，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即是我們?cè)凇窵inux 的 Virtual Memory Areas（VMA）：基本概念結(jié)介紹」所介紹的 VMA 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

VMA?與 ELF Image 的對(duì)應(yīng)關(guān)系

在「Linux 的 Virtual Memory Areas（VMA）：基本概念介紹」曾經(jīng)介紹過，Process 的 VMA 對(duì)應(yīng)，可以由 /proc/<pid>/maps 命令查詢；例如 pid 1（init）的 VMA mapping 為：

$ cat /proc/1/maps

08048000-0804e000 r-xp 00000000 08:01 12118 /sbin/init

0804e000-08050000 rw-p 00005000 08:01 12118 /sbin/init

08050000-08054000 rwxp 00000000 00:00 0

40000000-40016000 r-xp 00000000 08:01 52297 /lib/ld-2.2.4.so

40016000-40017000 rw-p 00015000 08:01 52297 /lib/ld-2.2.4.so

40024000-40025000 rw-p 00000000 00:00 0

40025000-40157000 r-xp 00000000 08:01 58241 /lib/i686/libc-2.2.4.so

40157000-4015c000 rw-p 00131000 08:01 58241 /lib/i686/libc-2.2.4.so

4015c000-40160000 rw-p 00000000 00:00 0

bfffe000-c0000000 rwxp fffff000 00:00 0

列表結(jié)果便能用來(lái)說(shuō)明 VMA?與 ELF image 之間的關(guān)系。搭配上圖來(lái)說(shuō)明列表結(jié)果的 VMA對(duì)應(yīng)關(guān)系，如下：

1. 第 1 列（row）是 ELF 可執(zhí)行文件（/sbin/init）的 code section VMA mapping；

2. 第 2 列是 ELF?可執(zhí)行文件 data section VMA mapping；

3. 第 3 列是 ELF?可執(zhí)行文件 .bss section VMA mapping。

4. 第 4 列是 dynamic loader（/lib/ld-2.2.4.so）的 code section VMA mapping；

5. 第 5 列是 dynamic loader 的 data section VMA mapping；

6. 第 6 列是 dynamic loader 的 .bss section VMA mapping。

7. 第 7 列是 libc 的 code section VMA mapping；

8. 第 8 列是 libc 的 data section VMA mapping；

9. 第 9 列是 libc 的 .bss section VMA mapping。

另外，要留意的是，在文中所指的 code section 與 data section 不見得就是 ELF 的 .text section 與 .data section；我們以 code section 來(lái)表示所有可執(zhí)行的區(qū)塊，以 data section 來(lái)表示包含結(jié)構(gòu)的區(qū)塊。

在整個(gè) VMA 的討論程中，我們只針對(duì) code section?與 data section 做討論（如圖）。

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源文檔 <http://blog.csdn.net/pmpmp2006/article/details/4735722>

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的第六章扩展——VMA的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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