一个进程的虚拟地址范围

Question

简而言之：进程的虚拟地址空间是连续的吗？

我需要了解内核为进程分配的虚拟地址。如果我所述有误，请纠正我。

在进程创建时，内核会为其分配虚拟内存，并将进程各个段的虚拟地址的起始位置和结束位置存储在task_struct中的mm_struct中。

现在假设一个进程的堆已经用完并且需要增加堆大小，调用brk()。

如果虚拟地址范围是连续的，那么新分配的堆块是否是从最初为该进程分配的范围之外提供的？还是以使新块相邻于原块的方式分配？如果没有空间（因为内存映射段正在那里），它如何跟踪？

如果虚拟地址范围不连续，vm_struct如何跟踪堆（或任何其他段）的不同地址范围块？

您能否澄清一下我的概念？

- suppie

Answer 1

不，进程的虚拟地址空间不一定是连续的。在过去，进程通过 brk 获得内存，这确实强制使进程堆成为一块连续的内存区域。现在，内存分配是通过 mmap 完成的，可以逐页操作进程的虚拟内存页。

如果您对内核方面感到好奇，我推荐两个参考资料：

• 阅读一本关于Linux内核的书，比如Linux设备驱动程序（作者：Jonathan Corbet、Alessandro Rubini和Greg Kroah-Hartman），特别是第8章（分配内存）。
• 通过LXR，Linux内核交叉引用浏览内核代码。内存管理代码位于mm目录中；从mmap.c或mm.h开始。

如果您想在系统上进行探索，可以查看/proc/$pid/maps中每个进程的内存映射。有关更多信息，请参见如何在Linux下从/ proc / $ pid / mem读取？。

- Gilles 'SO- stop being evil'

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我认为dlmalloc的衍生版本仍然在某个阈值以下的分配中使用brk()，尽管我承认我最近没有看过这个。另一方面，如果我没记错的话，OpenBSD对于每个分配都使用mmap()。 - ninjalj

Answer 2

虚拟地址空间不是连续的。查看cat /proc/<pid>/mem的输出。

当启动一个进程时，内核为动态链接器和进程本身分配了几个映射。之后，动态链接器通过mmap()分配更多的映射，进程可以通过mmap()分配更多的映射并通过brk()扩展堆。在dlmalloc及其衍生版本上，malloc()使用brk()来分配小于阈值的空间，并使用mmap()来分配大于或等于该阈值（约128K IIRC）的空间。

无论如何，在调用mmap()时，内核通常会将内存映射到堆远离的位置，因此通常有足够的空间来扩展堆。如果没有剩余的虚拟地址空间来扩展堆，则brk()将失败。

- ninjalj

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你应该首先查看/proc/<pid>/maps的内容，Suppie。 - Thomas M. DuBuisson

Answer 3

谢谢...

根据我的理解，虚拟地址空间在整个进程中并不是连续的，甚至在给定的内存段中也不是连续的。不同的虚拟地址范围块使用一个AVL树来管理，这个树被称为vm_area_struct（虚拟内存区域），从而可以轻松地将虚拟内存区域的块添加和删除到进程的task_struct中。参考：Virtual Memory。但是，虚拟内存区域本身是连续的。

也就是说，实际上task_struct包含指向mm_struct的指针，mm_struct包含指向AVL树头部的指针（每个内存区域一个树）。树的节点仅仅是vm_area_struct，它具有开始和结束指针来标记虚拟内存区域的开始和结束。

非常感谢。

- suppie