malloc、mmap在Linux内核中的处理函数 如果已经看了今日头条中本系列文档的前面的几篇文章，应该就已经对malloc、mmap大致了解了，它们就是在堆中创建(或合并)所需虚拟地址的vma线性区，换句话说，就是达到进程地址空间中要有满足要求的vma，但不会给vma映射物理页(除非一定要求，即vma的flags标识了页锁定标志VM_LOCKED)，这是linux的对用户进程物理页分配的推后原则，把握这个原则有助于分析malloc/mmap乃至理解linux的用户进程内存管理。 好文推荐： 2022年嵌入式开发想进互联网大厂，你技术过硬吗？ 从事十年嵌入式转内核开发(23K到45K),给兄弟们的一些建议 腾讯首发Linux内核源码《嵌入式开发进阶笔记》差距差的不止一点点哦 库函数malloc在linux内核的实现是典型的匿名映射，关于匿名映射可以参考前面的缺页异常处理的文章，IPC方式中的共享内存也是匿名映射，绝大多数的mmap应用场合是文件映射，而内核中的处理，对于malloc的处理函数是do_brk，这是因为malloc操作的是进程地址空间的堆段，而函数do_brk就是针对堆段的处理，mmap包括IPC的共享内存都是由函数do_mmap处理；不论哪种处理其实操作的都是进程地址空间的线性区； 下面首先看下函数do_mmap，源码如下： 它的核心函数是do_mmap_pgoff，这里主要下do_mmap的参数情况：file: 如果新的线性区将要把一个文件映射到内存，则要用文件描述符file和文件偏移offset，如不需要，则file和offset不考虑都为空；addr: 指定从哪里开始查找空闲区间，一般都是NULL即由内核指定；len: 要求的线性地址空间长度；prot: 指定线性区下的页的访问权限；flag: 指定线性区域的其他标志； 初步有个印象即可，接下来函数do_mmap_pgoff，源码如下： 【文章福利】小编推荐自己的Linux内核技术交流群:【】整理了一些个人觉得比较好的学习书籍、视频资料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦！！！前100名进群领取，额外赠送一份价值699的内核资料包（含视频教程、电子书、实战项目及代码)
学习直通车：Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈-学习视频教程-腾讯课堂ke.sigusoft.com/course/?flowToken=ke.sigusoft.com/course/?flowToken= 内核资料直通车：Linux内核源码技术学习路线+视频教程代码资料sigusoft.com/doc/DTkZRWXRFcWx1bWVxsigusoft.com/doc/DTkZRWXRFcWx1bWVx 这个函数由三部分组成： 1、 找到能否创建符合要求的vma，应该在哪里创建？ 这部分主要通过函数get_unmapped_area实现，我们需要一段虚拟空间，范围是[addr，addr+len]，用户进程一般不会指定addr(对应flags含义标志MAP_FIXED的情况)，也就是由内核指定这个虚拟空间的首地址addr在哪里，在函数do_mmap_pgoff调用get_unmapped_area之前会预指定addr，通过调用函数round_hint_to_min实现，按我的理解这个预指定的值是宏CONFIG_DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR 的值为4096(个人认为初始值是多少并不重要，因为后面会不断地找合适的值)，然后用这个预指定的addr为参数调用函数get_unmapped_area，源码如下： 可见，函数get_unmapped_area实际是通过函数指针get_area实现，get_area有两种可能，如果是文件映射，并且该文件的file_operation定义了get_unmapped_area方法，那么使用它的get_unmapped_area方法实现定位虚拟区间，但我估计这样用的做法很少，以mmap使用较多的设备驱动来讲，多数设备驱动文件的file_operation没有定义get_unmapped_area方法，因为没有必要；所以一般都是用另一种方法，使用mm的get_unmapped_area方法，对于arm它是函数arch_get_unmapped_area，源码如下： 首先直接碰碰运气，看addr后面的vma(如果存在的话)与addr的距离是否够长，即大于长度len，如果可以的话，就直接返回addr即可； 往往不会这么容易成功，这就将进入循环查找流程，即标号full_search的部分，这里看到了mm的free_area_cache和cached_hole_size的用处了，它们就是标识从当前正在从哪里查找以及当前进程的vma之间最大空洞是多大，循环查找的过程就是让addr不断的蹦到一个vma的结尾处，把它与下一个vma的开始处的距离，和需要的长度len比较，当发现一个比len大的空洞时，即发现了可以用来创建新vma的地方了，返回addr，mm的free_area_cache就是标识每次是从哪里查找的，cached_hole_size的用处是不断更新为发现的最大空洞的值，这就利于今后再创建新vma；正常情况下返回的是找到的合适的addr； 回到函数get_unmapped_area，它将返回这个addr给函数do_mmap_pgoff； 2、 然后是确定vma线性区的flags，针对文件映射和匿名映射有所不同； 3、最后是实际创建新vma线性区，通过函数mmap_region实现，源码如下： 这个函数包括两部分内容： 1、 去除干扰：调用函数find_vma_prepare查找是否已有vma线性区包含addr了，如果有，调用函数do_munmap把这个vma干掉，函数find_vma_prepare的原理是：所有vma通过红黑树存储起来，通过当前红黑树把查找是否有包含addr的vma线性区，查找原理是利用红黑树的特性，后续会有关于红黑树的专题； 2、 创建映射：要注意，linux不希望vma和vma之间总有空洞，只要要新创建的vma的flags属性和它前面的或后面的vma相同，那么就可以合并成一个新的vma，这样做一来减少vma的个数，也就减少从slab的物理内存，二来减少虚拟空间的空洞的浪费；如果无法合并，那么也只好新建vma并对vma结构体初始化相关成员；根据vma是否有页锁定标志(VM_LOCKED)，决定是否立即分配物理页； 3、 最后把该vma起始地址即addr返回； 最终do_mmap的返回值就是addr！ 可见do_mmap完成的就是在本进程地址空间找到一段合适的虚拟地址空间，并把起始地址返回给用户进程，并未映射物理页(除非用户进程要求vma页锁定)，这部分留给用户对其访问时产生的缺页异常处理。 下面再看函数do_brk，事实上do_brk和do_mmap几乎一样，因为它们的本质都是一样的；这里多说一下它由mm/mmap.c文件的系统调用SYSCALL_DEFINE1调用，系统调用的问题如前几篇文章一样，后续会有专题讨论它，这里直接看SYSCALL_DEFINE1函数源码： 首先看看函数SYSCALL_DEFINE1的参数，它的参数实际就是unsigned long brk，指定要配置的堆的地址，进程的mm的成员brk指定了当前进程的堆地址，在本函数中oldbrk和newbrk分别是当前的堆地址和希望的堆地址，如果newbrk更大，说明是free操作，即释放堆空间，将调用函数do_munmap； 如果不是释放操作，那就是申请堆空间，首先调用函数find_vma_intersection查看当前进程地址空间是否在brk处已经有vma并且长度足够，如已有则不用再申请可直接返回；否则还需调用函数do_brk扩大堆空间范围，实际上就是继续创建新的vma； 以上就是SYSCALL_DEFINE1的内容，下面看下函数do_brk，和do_mmap非常相似，源码如下： do_brk和do_mmap非常相似，首先确定在哪里适合创建新的vma，然后去除可能存在的已有vma的干扰，最后创建(或合并)vma，最后根据vma的flags是否有锁定标志(VM_LOCKED)决定是否立即分配物理页；
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