Разработка ядра Linux

• Отображение выполняемого кода из выполняемого файла в область памяти процесса, которая называется сегментом кода (text section).

• Отображение инициализированных переменных из выполняемого файла в область памяти процесса, которая называется сегментом данных (data section).

• Отображение страницы памяти, заполненной нулями, в область памяти процесса, которая содержит неинициализированные глобальные переменные и называется сегментом bss [79] (bss section). Нулевая страница памяти (zero page, страница памяти, заполненная нулями) — это страница памяти, которая полностью заполнена нулевыми значениями и используется, например, для указанной выше цели.

79

Термин "BSS" сложился исторически и является достаточно старым. Он означает block started by symbol (блок, начинающийся с символа). Неинициализированные переменные в выполняемом файле не хранятся, поскольку с ними не связано никакого значения. Тем не менее стандарт языка С требует, чтобы неинициализированным переменным присваивалось определенное значение по умолчанию (обычно все заполняется нулями). Поэтому ядро загружает переменные (без их значений) из выполняемого файла в память и отображает в эту память нулевую страницу, тем самым переменным присваивается нулевое значение без необходимости зря тратить место в объектном файле на ненужную инициализацию.

• Отображение страницы памяти, заполненной нулями, в память процесса, которая используется в качестве стека процесса пространства пользователя (не нужно путать со стеком процесса в пространстве ядра, который является отдельной структурой данных и управляется и используется ядром).

• Дополнительные сегменты кода, данных и BSS каждой совместно используемой библиотеки, таких как библиотека libc и динамический компоновщик, которые загружаются в адресное пространство процесса.

• Все файлы, содержимое которых отображено в память.

• Все области совместно используемой памяти.

• Все анонимные отображения в память, как, например, связанные с функцией malloc [80] .

Каждое действительное значение адреса памяти в адресном пространстве процесса принадлежит только и только одной области памяти (области памяти не перекрываются). Как будет показано, для каждого отдельного участка памяти в выполняющемся процессе существует своя область: стек, объектный код, глобальные переменные, отображенный в память файл и т.д.

80

В более новых версиях библиотеки glibc функция malloc реализована через системный вызов mmap, а не через вызов brk.

Дескриптор памяти

Ядро представляет адресное пространство процесса в виде структуры данных, которая называется дескриптором памяти. Эта структура содержит всю информацию, которая относится к адресному пространству процесса. Дескриптор памяти представляется с помощью структуры struct mm_struct, которая определена в файле <linux/sched.h> [81] .

Рассмотрим эту структуру с комментариями, поясняющими назначение каждого поля.

81

Между дескриптором процесса, дескриптором памяти и соответствующими функциями существует тесная связь. Поэтому структура struct mm_struct и определена в заголовочном файле sched.h.

struct mm_struct {
 struct vm_area_struct *mmap; /* список областей памяти */
 struct rb_root mm_rb; /* красно-черное дерево
 областей памяти */
 struct vm_area_struct *mmap_cache; /* последняя использованная
 область памяти */
 unsigned long free_area_cache; /* первый незанятый участок
 адресного пространства */
 pgd_t *pgd; /* глобальный каталог страниц */
 atomic_t mm_users; /* счетчик пользователей адресного
 пространства */
 atomic_t mm_count; /* основной счетчик использования */
 int map_count; /* количество областей памяти */
 struct rw_semaphore mmap_sem; /* семафор для областей памяти */
 spinlock_t page_table_lock; /* спин-блокировка
 таблиц страниц */
 struct list_head mmlist; /* список всех структур mm_struct */
 unsigned long start_code; /* начальный адрес сегмента кода */
 unsigned long end code; /* конечный адрес сегмента кода */
 unsigned long start_data; /* начальный адрес сегмента данных */
 unsigned long end_data; /* конечный адрес сегмента данных */
 unsigned long start_brk; /* начальный адрес сегмента "кучи" */
 unsigned long brk; /* конечный адрес сегмента "кучи" */
 unsigned long start_stack; /* начало стека процесса */
 unsigned long arg_start; /* начальный адрес
 области аргументов */
 unsigned long arg_end; /* конечный адрес
 области аргументов */
 unsigned long env_start; /* начальный адрес
 области переменных среды */
 unsigned long env_end; /* конечный адрес
 области переменных среды */
 unsigned long rss; /* количество физических страниц памяти */
 unsigned long total_vm; /* общее количество страниц памяти */
 unsigned long locked_vm; /* количество заблокированных страниц
 памяти */
 unsigned long def_flags; /* флаги доступа, используемые
 по умолчанию */
 unsigned long cpu_vm_mask; /* маска отложенного переключения
 буфера TLB */
 unsigned long swap_address; /* последний сканированный адрес */
 unsigned dumpable:1; /* можно ли создавать файл core? */
 int used_hugetlb; /* используются ли гигантские
 страницы памяти (hugetlb)? */