Разработка ядра Linux

Лав Роберт

Ниже показана эта структура данных с комментариями, описывающими назначение каждого поля.

struct vm_area_struct {

 struct mm_struct *vm_mm; /* соответствующая структура mm_struct */

 unsigned long vm_start; /* начало диапазона адресов */

 unsigned long vm_end; /* конец диапазона адресов */

 struct vm_area_struct *vm_next; /* список областей VMA */

 pgprot_t vm_page_prot; /* права доступа */

 unsigned long vm_flags; /* флаги */

 struct rb_node vm_rb; /* узел текущей области VMA */

 union { /* связь с address_space->i_mmap, или i_mmap_nonlinear */

struct {

struct list_head list;

void *parent;

struct vm_area_struct *head;

} vm_set;

struct prio_tree_node prio_tree_node;

 } shared;

 struct list_head anon_vma_node; /*

анонимные области */

 struct anon_vma *anon_vma; /* объект анонимной VMA */

 struct vm_operations_struct *vm_ops; /* операции */

 unsigned long vm_pgoff; /* смещение в файле */

 struct file *vm_file; /* отображенный файл (если есть) */

 void *vm_private_data; /* приватные данные */

};

Как уже было рассказано, каждый дескриптор памяти связан с уникальным диапазоном (интервалом) адресов в адресном пространстве процесса. Поле vm_

start

 — это начальный (минимальный) адрес, а поле

vm_end

 — конечный (максимальный) адрес данного интервала. Следовательно, значение (

vm_end - vm_start

) — это размер (длина) интервала адресов в байтах. Интервалы адресов разных областей памяти одного адресного пространства не могут перекрываться.

Поле

vm_mm

указывает на структуру

mm_struct

, связанную с данной областью VMA. Заметим, что каждая область VMA уникальна для той структуры

mm_struct

, с которой эта область связана. Поэтому, даже если два разных процесса отображают один и тот же файл на свои адресные пространства, то для каждого процесса создается своя структура

vm_area_struct

, чтобы идентифицировать уникальные области памяти каждого процесса. Следовательно, два потока, которые совместно используют адресное пространство, также совместно используют и все структуры

vm_area_struct

в этом адресном пространстве.

Флаги областей VMA

Поле флагов

vm_flags

содержит битовые флаги, которые определены в файле

<linux/mm.h>

. Они указывают особенности поведения и содержат описательную информацию о страницах памяти, которые входят в данную область памяти. В отличие от прав доступа, которые связаны с определенной физической страницей памяти, флаги областей VMA указывают особенности поведения, за которые отвечает ядро, а не аппаратное обеспечение. Более того, поле

vm_flags

содержит информацию, которая относится к каждой странице в области памяти или, что то же самое, ко всей области памяти в целом. В табл. 14.1 приведен список возможных значений флагов

vm_flags

.

Таблица 14.1. Флаги областей VMA

Флаг	Влияние на область VMA и на ее страницы памяти
VM_READ	Из страниц памяти можно считывать информацию
VM_WRITE	В страницы памяти можно записывать информацию
VM_EXEC	Можно выполнять код, хранящийся в страницах памяти
VM_SHARED	Страницы памяти являются совместно используемыми
VM_MAYREAD	Можно устанавливать флаг VM_READ
VM_MAYWRITE	Можно устанавливать флаг VM_WRITE
VM_MAYEXEC	Можно устанавливать флаг VM_EXEC
VM_MAYSHARE	Можно устанавливать флаг VM_SHARED
VM_GROWSDOWN	Область памяти может расширяться "вниз"
VM_GROWSUP	Область памяти может расширяться "вверх"
VM_SHM	Область используется для разделяемой (совместно используемой) памяти
VM_DENYWRITE	В область отображается файл, в который нельзя выполнять запись
VM_EXECUTABLE	В область отображается выполняемый файл
VM_LOCKED	Страницы памяти в области являются заблокированными
VM_IQ	В область памяти отображается пространство ввода-вывода аппаратного устройства
VM_SEQ_READ	К страницам памяти, вероятнее всего, осуществляется последовательный доступ
VM_RAND_READ	К страницам памяти, вероятнее всего, осуществляется случайный доступ
VM_DONTCOPY	Область памяти не должна копироваться при вызове fork
VM_DONTEXPAND	Область памяти не может быть увеличена с помощью вызова remap
VM_RESERVED	Область памяти не должна откачиваться на диск
VM_ACCOUNT	Область памяти является объектом, по которому выполняется учет ресурсов
VM_HUGETLB	В области памяти используются гигантские ( hugetlb ) страницы памяти
VM_NONLINEAR	Область памяти содержит нелинейное отображение

Рассмотрим подробнее назначение наиболее интересных и важных флагов. Флаги

VM_READ

,

VM_WRITE

и

VM_EXEC

указывают обычные права на чтение-запись и выполнение для страниц памяти, которые принадлежат данной области памяти. При необходимости их можно комбинировать для формирования соответствующих прав доступа. Например, отображение выполняемого кода процесса может быть выполнено с указанием флагов

VM_READ

и

VM_EXEC

, но никак не с указанием флага

VM_WRITE

. С другой стороны, сегмент данных из выполняемого файла может отображаться с указанием флагов

VM_READ

и

VM_WRITE

, указывать при этом флаг

VM_EXEC

не имеет смысла. Файл данных, который отображается только для чтения, должен отображаться с указанием только флага

VM_READ

.

Флаг

VM_SHARED

указывает на то, что область памяти содержит отображение, которое может совместно использоваться несколькими процессами. Если этот флаг установлен, то такое отображение называют совместно используемым (shared mapping), что интуитивно понятно. Если этот флаг не установлен, то такое отображение доступно только одному процессу и оно называется частным отображением, (private mapping).

Флаг

VM_IO

указывает, что область памяти содержит отображение области ввода-вывода аппаратного устройства. Этот флаг обычно устанавливается драйверами устройств при выполнении вызова

mmap

для отображения в память области ввода-вывода аппаратного устройства. Кроме всего прочего, этот флаг указывает, что область памяти не должна включаться в файл core процесса. Флаг

VM_RESERVED

указывает, что область памяти не должна откачиваться на диск. Этот флаг также укалывается при отображении на память областей ввода-вывода аппаратных устройств.

Флаг

VM_SBQ_READ

является подсказкой ядру, что приложение выполняет последовательное (т.е. линейное и непрерывное) чтение из соответствующего отображения. При этом ядро может повысить производительность чтения за счет выполнения упреждающего чтения (read-ahead) из отображаемого файла. Флаг

VM_RAND_READ

указывает обратное, т.е. приложение выполняет операции чтения из случайно выбранных мест отображения (т.е. не последовательно). При этом ядро может уменьшить или совсем отключить выполнение упреждающего чтения из отображаемого файла. Эти флаги устанавливаются с помощью системного вызова

madvice

путем указания соответственно флагов

MADV_SEQUENTIAL

и

MADV_RANDOM

для этого вызова. Упреждающее чтение — это последовательное чтение несколько большего количества данных, чем было запрошено, в надежде на то, что дополнительно считанные данные могут скоро понадобиться. Такой режим полезен для приложений, которые считывают данные последовательно. Однако если считывание данных выполняется случайным образом, то режим упреждающего чтения не эффективен.