内核内存布局

一、内核内存布局 64位linux一般使用48位表示虚拟地址空间，43位表示物理地址，通过命令：cat /proc/cpuinfo
arm64架构处理器采用48位物理寻址机制，最大可寻找256tb的物理地址空间。对于目前应用完全足够，不需要扩展到64位的物理寻址。虚拟地址也同样最大支持48位寻址，所以在处理器架构设计上，把虚拟地址空间划分为两个空间，每个空间最大支持256tb，linux内核在大多数体系结构上都把两个地址划分为：用户空间和内核空间。
用户空间：0x0000_0000_0000_0000至0x0000_ffff_ffff_ffff；
内核空间：0xffff_0000_0000_0000至0xffff_ffff_ffff_ffff；
qemu平台，可以打印arm64架构linux内核内存分布情况
二、堆管理堆是进程中主要用于动态分配变量和数据的内存区域，堆的管理对应程序员不是直接可见的。因为它依赖标准库提供的各个辅助函数（其中最重要的是malloc）来分配任意长度的内存区。malloc和内核之间的经典接口是brk系统调用，负责扩展/收缩堆。
堆是一个连续的内存区域，在扩展时自下至上增长。其中mm_struct结构，包含堆在虚拟地址空间中的起始和当前结束地址(start_brk和brk)。 brk系统调用用于指定堆在虚拟地址空间中新的结束地址（如果堆将要收缩，当然可以小于当前值）。brk系统调用通过do_brk增长动态分配区(内核源码分mm/mmap.c) 三、sys_brk流程检查资源限制；
将brk值对齐到页；
是否想增加brk值？（这个地方要结合源码看）
是-->do_brk()；返回新的brk的值；
否-->do_munmap()；返回新的brk的值；
brk机制不是一个独立的内核概念，而是基于匿名映射实现，以减少内部的开销。在检查过用brk的值的新地址未超出推的限制之后，sys_brk第一个重要操作是请求的地址按页长对齐。brk()用于进程向内核申请空间，用于扩展用户堆栈空间，或者回收堆栈空间。
malloc为小空间申请，brk()为大块空间申请。do_brk()用于增长动态分配区。do_munmap()释放动态分配区; do_brk()源码分析: static unsigned long do_brk(unsigned long addr, unsigned long len){ struct mm_struct *mm = current->mm; struct vm_area_struct *vma, *prev; unsigned long flags; struct rb_node **rb_link, *rb_parent; pgoff_t pgoff = addr >> page_shift; int error; // 首先对len这个长度进行页面对齐去判断页面对齐之后是否超出边界 len = page_align(len); if (!len) return addr; flags = vm_data_default_flags | vm_account | mm->def_flags; // 检查是否有足够内存空间来分析len大小的内存。判断虚拟地址空间是否足够 error = get_unmapped_area(null, addr, len, 0, map_fixed); if (offset_in_page(error)) return error; error = mlock_future_check(mm, mm->def_flags, len); if (error) return error; /* * mm->mmap_sem is required to protect against another thread * changing the mappings in case we sleep. */ verify_mm_writelocked(mm); /* * clear old maps. this also does some error checking for us */ // 循环遍历用户进程红黑树中vma，然后根据addr来查找合适的插入点 while (find_vma_links(mm, addr, addr + len, &prev, &rb_link, &rb_parent)) { if (do_munmap(mm, addr, len)) return -enomem; } /* check against address space limits *after* clearing old maps... */ // 检查是否要对此虚拟区间进行扩充 if (!may_expand_vm(mm, len >> page_shift)) return -enomem; if (mm->map_count > sysctl_max_map_count) return -enomem; // 判断系统是否有足够内存 if (security_vm_enough_memory_mm(mm, len >> page_shift)) return -enomem; /* can we just expand an old private anonymous mapping? */ // 判读是否可以合并，如果可以合并就合并成为一个vam区 vma = vma_merge(mm, prev, addr, addr + len, flags, null, null, pgoff, null, null_vm_uffd_ctx); // 如果能合并直接goto out if (vma) goto out; /* * create a vma struct for an anonymous mapping */ //如果没有办法合并，只有新创建一个vma，vma地址空间是【addr，addr+len】 vma = kmem_cache_zalloc(vm_area_cachep, gfp_kernel); if (!vma) { vm_unacct_memory(len >> page_shift); return -enomem; } // 指向匿名域指针 init_list_head(&vma->anon_vma_chain); vma->vm_mm = mm; // 指向vma所属于进程struct mm_struct结构 vma->vm_start = addr; vma->vm_end = addr + len; vma->vm_pgoff = pgoff; vma->vm_flags = flags; vma->vm_page_prot = vm_get_page_prot(flags); vma_link(mm, vma, prev, rb_link, rb_parent);out: // 增加进程地址空间长度 perf_event_mmap(vma); mm->total_vm += len >> page_shift; if (flags & vm_locked) mm->locked_vm += (len >> page_shift); vma->vm_flags |= vm_softdirty; return addr;}
- end -