詳細(xì)講解Linux內(nèi)存管理之RMAP
說(shuō)明：
Kernel版本：4.14
ARM64處理器，Contex-A53，雙核
使用工具：Source Insight 3.5， Visio
1. 概述
RMAP反向映射是一種物理地址反向映射虛擬地址的方法。
映射 頁(yè)表用于虛擬地址到物理地址映射，其中的PTE頁(yè)表項(xiàng)記錄了映射關(guān)系，同時(shí)struct page結(jié)構(gòu)體中的mapcount字段保存了有多少PTE頁(yè)表項(xiàng)映射了該物理頁(yè)。
反向映射 當(dāng)某個(gè)物理地址要進(jìn)行回收或遷移時(shí)，此時(shí)需要去找到有多少虛擬地址射在該物理地址，并斷開映射處理。在沒有反向映射的機(jī)制時(shí)，需要去遍歷進(jìn)程的頁(yè)表，這個(gè)效率顯然是很低下的。反向映射可以找到虛擬地址空間VMA，并僅從VMA使用的用戶頁(yè)表中取消映射，可以快速解決這個(gè)問(wèn)題。
反向映射的典型應(yīng)用場(chǎng)景：
kswapd進(jìn)行頁(yè)面回收時(shí)，需要斷開所有映射了該匿名頁(yè)面的PTE表項(xiàng)；
頁(yè)面遷移時(shí)，需要斷開所有映射了該匿名頁(yè)面的PTE表項(xiàng)；
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2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
反向映射有三個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)體：
struct vm_area_struct，簡(jiǎn)稱VMA;VMA我們?cè)谥暗奈恼轮薪榻B過(guò)，用于描述進(jìn)程地址空間中的一段區(qū)域。與反向映射相關(guān)的字段如下：
2.struct anon_vma，簡(jiǎn)稱AV;AV結(jié)構(gòu)用于管理匿名類型VMAs，當(dāng)有匿名頁(yè)需要unmap處理時(shí)，可以先找到AV，然后再通過(guò)AV進(jìn)行查找處理。結(jié)構(gòu)如下：
3.struct anon_vma_chain，簡(jiǎn)稱AVC;AVC是連接VMA和AV之間的橋梁。
來(lái)一張圖就清晰明了了：
通過(guò)
same_vma鏈表節(jié)點(diǎn)，將anon_vma_chain添加到vma->anon_vma_chain鏈表中；通過(guò)
rb紅黑樹節(jié)點(diǎn)，將anon_vma_chain添加到anon_vma->rb_root的紅黑樹中；
2. 流程分析
先看一下宏觀的圖：
地址空間
VMA可以通過(guò)頁(yè)表完成虛擬地址到物理地址的映射；頁(yè)框與
page結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，page結(jié)構(gòu)中的mapping字段指向anon_vma，從而可以通過(guò)RMAP機(jī)制去找到與之關(guān)聯(lián)的VMA；
2.1?anon_vma_prepare
之前在page fault的文章中，提到過(guò)anon_vma_prepare函數(shù)，這個(gè)函數(shù)完成的工作就是為進(jìn)程地址空間中的VMA準(zhǔn)備struct anon_vma結(jié)構(gòu)。
調(diào)用例程及函數(shù)流程如下圖所示：
至于VMA，AV，AVC三者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在上文的圖中已經(jīng)有所描述。
當(dāng)創(chuàng)建了與VMA關(guān)聯(lián)的AV后，還有關(guān)鍵的一步需要做完，才能算是真正的把RMAP通路打通，那就是讓page與AV關(guān)聯(lián)起來(lái)。只有這樣才能通過(guò)page找到AV，進(jìn)而找到VMA，從而完成對(duì)應(yīng)的PTE unmmap操作。
2.2 子進(jìn)程創(chuàng)建anon_vma
父進(jìn)程通過(guò)fork()來(lái)創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程會(huì)復(fù)制整個(gè)父進(jìn)程的地址空間及頁(yè)表。子進(jìn)程拷貝了父進(jìn)程的VMA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容，而子進(jìn)程創(chuàng)建相應(yīng)的anon_vma結(jié)構(gòu)，是通過(guò)anon_vma_fork()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
anon_vma_fork()效果圖如下：
以實(shí)際fork()兩次為例，發(fā)生COW之后，看看三個(gè)進(jìn)程的鏈接關(guān)系，如下圖：
2.3?TTU（try to unmap）和Rmap Walk
如果有page被映射到多個(gè)虛擬地址，可以通過(guò)Rmap Walk機(jī)制來(lái)遍歷所有的VMA，并最終調(diào)用回調(diào)函數(shù)來(lái)取消映射。
與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)體為struct rmap_walk_control，如下：
取消映射的入口為try_to_unmap，流程如下圖所示：
基本的套路就是圍繞著struct rmap_walk_control結(jié)構(gòu)，初始化回調(diào)函數(shù)，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候能調(diào)用到。
關(guān)于取消映射try_to_unmap_one的詳細(xì)細(xì)節(jié)就不進(jìn)一步深入了，把握好大體框架即可。
原文作者：LoyenWang
