0分配不到位址 Linux的程序位址空間 三

2021-10-12 21:34:30 字數 2397 閱讀 4354

上文vm_area_struct中還有乙個vm_mm沒講到,而這個vm_mm,則是聯絡vm_area_struct和它所屬程序的關鍵紐帶。它指向的是負責管理記憶體的mm_struct結構體,而這個mm_struct又可以從task_struct這個幾乎記錄了乙個程序所有資訊的結構體中獲取。

其中mmap指向vma鍊錶的頭節點,mm_rb指向vma紅黑樹的根節點。map_count是vma的總個數,total_vm是程序位址空間的總大小(以page為單位)。

mmap_cache儲存了上一次找到的vma,根據區域性性原理,下一次要用到的vma正好是上次使用的vma的可能性是比較大的,因此使用find_vma()函式查詢vma時,會首先從mmap_cache中找,找到了就直接返回。

vma = mm->mmap_cache;    

if (vma && vma->vm_end > addr && vma->vm_start <= addr)

return vma;

沒找到再去紅黑樹裡面找:

rb_node = mm->mm_rb.rb_node;    

vma = null;

while (rb_node) else

rb_node = rb_node->rb_right;

}if (vma)

mm->mmap_cache = vma;

return vma;

這種mmap_cache的命中率通常只有35%-50%,之後核心開發者又在此基礎上,設計了新的vma cache方案。

當然,你出於某種目的,也可以指定就街道上的某間房子(呼叫mmap()時指定引數addr),如果這間房子正好是空的,就可以分配給你。

if (addr)
這裡的房子有點特殊,街道上房間的總數是固定的,每個房間的大小是4平方公尺(頁面大小4kb),只要是相鄰的空房間,就可以組成乙個空房子。房間總數也是有限的(3gb記憶體的話差不多是75萬個房間),你來晚了,或者你獅子大開口,要乙個50萬房間的空房子(比如通過malloc(2g)),那就有可能出現分配不到的情況(可用虛擬位址空間不足)。

如果新建的vma和它位址上緊挨著的vma有相同的屬性,且基於相同的對映物件(比如是同乙個檔案),則還會產生vma的合併(上下兩層樓打通,做成乙個躍層)。減少vma的數量有利於減輕核心的管理工作量,降低系統開銷。如果沒有發生合併,則需要呼叫insert_vm_struct( )在vma鍊錶和vma紅黑樹中分別插入代表新vma的節點(給你家的房子被街道辦事處登記,方便日後管理)。

要注意的是,房子的分配是按照你上報的人數,但具體給你幾個房間的鑰匙(分配幾個物理頁面),取決於你家實際住進來的人數,比如你申請的是10個房間,但只住進來3個人,就只有3個房間的鑰匙,剩下的鑰匙等真正有人搬進來再給,房間資源有限,佔著不住不是浪費麼。分配的vma只是這段虛擬位址的使用權,而不是實體地址的使用權。

那是不是我申請成功10個房間,就可以保證10個人都能住進來呢?這個嘛,街道(程序)最開始也是這樣以為的,後來出現了房間申請成功,結果拿鑰匙開不了門的情況,街道就向上級管理者(核心)反映啊,這才被告知了乙個殘酷的現實:除了本條街道,還有很多條其他街道,大家處在乙個平行空間中(虛擬位址空間都是0~3gb),這70多萬個房間,其實是被所有街道共享的,誰先拿到乙個房間的鑰匙(使用物理頁面),誰才真正擁有這個房間。

一切都是假象……然後街道問上級:那你為啥一直允許我們街道上的人一口氣申請那麼多房間呢?上級若有所思的說:我當時設計這個制度啊,主要是考慮到很多人可能申請的多,但實際用不了那麼多(比如malloc(2g),但實際只用了1m),我也不知道實際誰會用的多一點,為了讓資源(這些房間)得到最充分的利用,我只能先允許他們申請著。以後這種事情多了,大家也漸漸明白,別一下申請那麼多,不合理的需求,到了上級那裡是通不過的,這種申請超過實際可用物理記憶體的現象,被稱為memory overcommit。

通過munmap()解除對映時,則需要在程序位址空間中刪除對應的vma,並釋放該vma占有的虛擬位址資源。

參考:

理解linux的memory overcommit

understanding the linux kernel

professional linux kernel architecture

understanding the linux virtual memory manager

15 分配記憶體失敗的考查

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