linux內核源代碼學習（4）關於一些數據結構和用戶內存的管理
---flyli
這兩天工作忙啊，1.8k的基本工資，每天爲了多賺績效獎，老是加班，加班沒有加班費，只能按幹活的多少來算績效領績效獎，不過還算好了，至少不算是白加班吧。。。。
看到我把工資曬出來，大家可能可以發現，原來我是個如此墮落的程序員。。。說實話，我也不想只拿這麼一點，感覺還沒在大學學校裏當學生的時候拿的錢多。。。
不過我還是相信很多過來人的話，“等你到了一定層次的時候，你會發現，剛走上社會拿的那些錢根本不值得一提。”，呵呵，找個理由偏偏自己吧
好了！現在進入正題！
前幾篇文章主要介紹了在閱讀MMU內存映射的時候遇到的一些不好理解的問題，現在就開始講我們用戶使用的內存是如何管理的了，和MMU映射的物理內存又有什麼關係呢？
用戶程序中使用的內存被稱之爲“虛存”，因爲他並不是實實在在的直接指向物理內存的，中間還要經歷一道轉換，還有就是要更利於管理。
我們的“虛存”是如何管理的？它和MMU映射的內存，和物理內存的地址有什麼區別呢？下面開始介紹。。
我所說的用戶空間的內存管理，其實就是給予一個進程的用戶，每個進程都有一個自己的mm_struct結構，用於管理內存，其和內存有關的成員主要有2個，一個是這次提到的“虛存”(vm_area_struct)的鏈表，另外一個就是實際的內存映射地址(pgd_t)的數組，
每一個vm_area_struct結構用於管理一個段連續的物理內存，當然不只是連續，而且其訪問權限也必須是相同的哈，當有多個段的時候，此結構的鏈表就會進行擴展，其基本成員有，地址的起始位置與終止位置，以及下一個vm_area_struct結構體的指針，不過千萬不要一位這些位置使用物理內存來表示的哦~~~~~其使用的是“虛存”，關於“虛存”和“pgd”的關係馬上就會講到
一個mm_struct成員中除了有個虛存管理的結構外，還有就是一個pgd_t頁面目錄的數組了，這個數組是幹什麼的呢？他記錄了該進程中所有的物理頁面映射表。
關於我們一般使用的malloc的具體過程我還沒看到書上寫的那部分，但是關於當堆棧區不夠使用時，linux如何對其進行擴展我基本還是讀懂了的。
一個程序的用戶區間劃分如下圖所示
當堆棧的使用超出我們所規劃的區間後，linux會判斷這個超出的區間是正常的堆棧區需要擴展呢，還是訪問出錯，判斷方法就是x86cpu指令中最長的也就是壓棧32個字節，也就是說假如我們訪問的棧是再距離以前的劃分區間32以內就判斷是合法的。
之後呢，既然說他是合法的，linux就要給這些內存辦“戶口”啊~如何辦呢？
首先，由於在用戶區，堆棧本來就是連續的（“虛存連續”），所以呢，我們不需要單獨開闢一個vm_area_struct結構，直接對以前的堆棧結構進行修改就好了，如何修改呢？簡單，肯定是改其起始位置了~~~當然之所以修改的是其實位置，其原因是因爲堆棧的分配是自高向低擴展的，另外再修改寫別的什麼vm_area_struct區間的總頁面數啊，之類的了，至此，“虛擬地址”的分配基本就完了~這就完了？其實中間省略了很多哈，不過都是無關的小東西，不必刻意研究了吧~
虛擬內存的建立到時完了，可是我的映射物理頁面怎麼辦呢？恩，這個就要和內存映射開始說起了，內存映射中，由於pgd是映射頁面是初始化的時候就全部搞好的所以linux只需要用一個pgd_offset函數就可以找到，而pmd就不一定了，因爲映射頁面可能還沒有建立，於是我們就需要用pmd_alloc函數開闢一個，這個函數和malloc很想吧~雖然實現方法千差萬別，不過功能似乎很是相似啊，找到了pmd後，再用pte_alloc找到pte的結構就好了，至此一步一步的pgd，pmd，pte全部湊齊了，映射也就建立了。
然而，映射的頁面是4k的，而vm_area_struct是不一定多少位的連續區域，這個我們如何去把這兩個聯繫起來呢，其實這個並不難，我們知道vm_area_struct中可以包含很多個連續的內存頁面（“虛存層次上”），然而vm_area_struct鏈表中每個的開始位置和結束位置都是相連的，換言之就是連續的，這樣就使得“虛存”的物理頁面對應着連續的偏移量，通過這個偏移量做引索，或者說是數組下標，就可以再mm_struct結構中的pgd成員中找到對應的物理頁面。
哈哈，這幾個概念終於被我理通了，不過假如有不對的地方，希望各位大俠千萬不要吝惜筆墨，多多指正哈，在下感激不盡！！！！！！！！！！！
最後送上《linux內核代碼情景分析》的內存管理數據結構映射圖哈