反向映射的目的是為了找到所有映射到某一個頁面的頁表項，從而可以對目標(biāo)頁做一些操作，比如切斷映射。

反向映射一直是一個非常神奇的存在，今天我們就好好探索一下這個知識點(diǎn)。

創(chuàng)建

在反向匿名映射中除了page struct，一共有三個相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

vm_area_struct

anon_vma

anon_vma_chain

第一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)見過了，是一個老朋友。而后兩者就是為了構(gòu)造反向匿名映射而新生的。我們先來看看這兩個新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樣子。

anon_vma

anon_vma +----------------------------+ |root | = self |parent | = self | (struct anon_vma*) | |refcount | = 1 | (atomic_t) | |degree | = 1 | (unsigned) | +----------------------------+

這個結(jié)構(gòu)由anon_vma_alloc()函數(shù)統(tǒng)一生成，上圖中也顯示了創(chuàng)造出來時候的樣子。從這里看，也就是個帶有上下級關(guān)系的這么一個結(jié)構(gòu)。

anon_vma_chain

anon_vma_chain +----------------------------+ |vma | | (struct vm_area_struct*)| |anon_vma | | (struct anon_vma*) | | | |rb | | (struct rb_node) | |same_vma | | (struct list_head) | +----------------------------+

這個結(jié)構(gòu)由anon_vma_chain_alloc()統(tǒng)一創(chuàng)建，貌似創(chuàng)建完了也不需要初始化，拿來后面就直接用了。

組合

到這里，大家應(yīng)該感覺怪怪的，都不知道這些東西是個啥。別急，我把這些東西組合起來，可能你就會有一些感覺了。

在這里，我們把這三個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的組合關(guān)系展現(xiàn)給大家。當(dāng)然這只是最簡單的組合關(guān)系，目的是為了讓大家能有一個感性的認(rèn)識。

anon_vma_chain鏈接了anon_vma和vma

vma則會有指針指向自己的anon_vma

空口無憑，眼見為實。那為什么會長成這樣的呢？接下來我們就來看看在內(nèi)核中我們是如何將這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈接起來的。

鏈接

上一節(jié)的最后，我們看到了三個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過鏈表和樹連接在了一起，這一節(jié)我們就來看看他們是怎么連接起來的。

anon_vma_chain_link

往簡單了講，要連接這三個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都靠一個函數(shù)：anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma)。而這個函數(shù)本身簡單到令人發(fā)指，以至于我能把整個定義給大家展示出來。

static void anon_vma_chain_link(struct vm_area_struct *vma, struct anon_vma_chain *avc, struct anon_vma *anon_vma) { avc->vma = vma; avc->anon_vma = anon_vma; list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain); anon_vma_interval_tree_insert(avc, &anon_vma->rb_root); }

你對照這上面的圖一看，和圖上顯示的一摸一樣沒有任何多余的步驟。

但是，關(guān)鍵的但是來了，如果你以為一切就這這么簡單，那就too young too simple了啊。

接下來我們將從anon_vma_chain_link函數(shù)被調(diào)用的關(guān)系入手，去看看在實際運(yùn)行中究竟會演化出什么樣的變化來。

do_anonymous_page

首先出場的是函數(shù)do_anonymous_page，這個函數(shù)是在匿名頁缺頁中斷時會調(diào)用的函數(shù)。

do_anonymous_page(vmf) __anon_vma_prepare(vma) avc = anon_vma_chain_alloc() anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma) anon_vma = anon_vma_alloc() vma->anon_vma = anon_vma anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma)

從上面的流程可以看出，當(dāng)發(fā)生缺頁中斷時，內(nèi)核會給對應(yīng)的vma構(gòu)造anon_vma，并且利用avc去鏈接這兩者。這種可以說是系統(tǒng)中最簡單的例子，也是上圖中顯示的情況。

細(xì)心的人可能已經(jīng)看到了，上面有一種情況是find_mergeable_anon_vma。如果這個函數(shù)返回一個可以重用的anon_vma，那么內(nèi)核就可以利用原有的anon_vma了。此時這個圖我們可以畫成這樣。

....................... ************************* . . * * av v avc v v vma v +-----------+ +-------------+ +-------------+ | |<------------|anon_vma vma|------------>| | | |<- | | | | +-----------+ +-------------+ +-------------+ ^ ^ ^ ^ . . * * . . ************************* . . . . . . ************************* . . * * . avc v v vma v . +-------------+ +-------------+ . ------|anon_vma vma|------------>| | . | | | | . +-------------+ +-------------+ . ^ ^ ^ . . * * ....................... *************************

其實此處我畫得不夠精確，av 和 avc之間應(yīng)當(dāng)是樹的關(guān)系，而不是現(xiàn)在顯示的鏈表的關(guān)系。但是我想意思已經(jīng)表達(dá)清楚，即在一個進(jìn)程中多個vma可以共享同一個anon_vma作為匿名映射的節(jié)點(diǎn)。

anon_vma_fork

看過了在單個進(jìn)程中的情況，接下來我們來看看創(chuàng)建一個子進(jìn)程時如何調(diào)整這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這個過程由anon_vma_fork處理。

anon_vma_fork(vma, pvma) anon_vma_clone(vma, pvma) anon_vma = anon_vma_alloc() avc = anon_vma_chain_alloc() anon_vma->root = pvma->anon_vma->root anon_vma->parent = pvma->anon_vma vma->anon_vma = anon_vma anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma)

這個函數(shù)很有意思，我還真是花了些時間去理解它。最開始有點(diǎn)看不清，所以我干脆退回到最簡單的狀態(tài)，也就是當(dāng)前進(jìn)程是根進(jìn)程的時候。此時我才大致的了解了一點(diǎn)fork時究竟發(fā)生了什么。

話不多說，還是用一個圖來表達(dá)

....................... ************************* . . * * av v avc v v vma v +-----------+ +-------------+ +-------------+ P | |<------------|anon_vma vma|------------>| | | |<----+ | | | | +-----------+ +-------------+ +-------------+ ^ ^ ^ ^ . . * * . . ************************* . . . . . . . . . . ************************* . . * * . avc v v * . +-------------+ * . |anon_vma vma| * . | | * . +-------------+ * . ^ ^ * . . * * ...................... * * * * * * * * ....................... * * . . * * av v avc v v vma v +-----------+ +-------------+ >+-------------+ C1 | |<------------|anon_vma vma|------------>| | | | | | | | +-----------+ +-------------+ +-------------+ ^ ^ ^ ^ . . * * ....................... *************************

P是父進(jìn)程，C1是他的一個子進(jìn)程。當(dāng)發(fā)生fork時，page->mapping沒有發(fā)生改變，所以依然需要能夠從父進(jìn)程的anon_vma上搜索到對應(yīng)的頁表。此時就得在父進(jìn)程的rb_root樹中保留一個子進(jìn)程的avc。同時子進(jìn)程又擁有自己的一套anon_vma。

可以說這個真的是非常有意思的。

對了，代碼中還有一個函數(shù)anon_vma_clone，在這里我就不展開了。留給大家下來思考一下下。

使用

好了，到了這里我們已經(jīng)擁有了一個非常強(qiáng)悍的武器 – 匿名反向映射。有了他我們就可以指哪打哪了。

內(nèi)核也已經(jīng)給我們準(zhǔn)備好了扣動這個核武器的板機(jī) – rmap_walk_anon。

rmap_walk_anon(page, rwc, true/false) anon_vma = page_anon_vma(page), get anon_vma from page->mapping pgoff_start = page_to_pgoff(page); return page_to_index(page) pgoff_end = pgoff_start + hpage_nr_pages(page) - 1; anon_vma_interval_tree_foreach(avc, &anon_vma->rb_root, pgoff_start, pgoff_end) rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg) -> do the real work

有了上面的基礎(chǔ)知識，我想看這段代碼就不難了。還記得上面看到過的那個rb_root么？對了，我們就是沿著這顆紅黑樹找到的vma，然后再找到了頁表。

嗯，一切都感覺這么的完美。

原文標(biāo)題：圖解內(nèi)存匿名反向映射reverse mapping

文章出處：【微信公眾號：Linuxer】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。