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Linux系统执行程序时内存管理的情景


do_execve

->open_exec->dentry_open

....

f->f_dentry = dentry;

....

f->f_op = fops_get(inode->i_fop);

....

设置f->f_dentry和f->f_op,我们考察执行ext2的情景,因此f_op将是ext2_file_operations

->search_binary_handler->load_elf_binary->elf_map->do_mmap->do_mmap_pgoff

....

vma->vm_file = file;

get_file(file);

error = file->f_op->mmap(file, vma);

....

设置vm_file,执行f_op->mmap,在ext2_file_operations中的mmap是generic_file_mmap,在generic_file_mmap中主要是设置vma->vm_ops = ops,绝大多数情况下ops是file_private_mmap

static struct vm_operations_struct file_private_mmap = {

nopage: filemap_nopage,

};

执行do_mmap时,如果是代码段,一般只允许读和执行,如果是数据段,一般允许读和写,但是vma->vm_page_prot中只设置有可读和可执行位(没有深入研究)

sys_execve做完映射后就退出了.当调度到该进程时并执行代码时,立即产生page fault,依次do_page_fault->handle_mm_fault->handle_pte_fault->do_no_page

...

new_page = vma->vm_ops->nopage(vma, address & PAGE_MASK, (vma->vm_flags & VM_SHARED)?0:write_access);

...

从前面知道,此处将调用filemap_nopage(基本所有这类的情景都执行这个函数)

filemap_nopage->page_cache_read

.....

page = page_cache_alloc();

if (!page)

return -ENOMEM;

if (!add_to_page_cache_unique(page, mapping, offset, hash)) {

int error = mapping->a_ops->readpage(file, page);

page_cache_release(page);

return error;

}

....

此处分配一空闲页,然后读入该页,由于是ext2,应此此处的a_ops是

struct address_space_operations ext2_aops = {

readpage: ext2_readpage,

writepage: ext2_writepage,

sync_page: block_sync_page,

prepare_write: ext2_prepare_write,

commit_write: generic_commit_write,

bmap: ext2_bmap

};

因此将调用ext2_readpage读入。返回do_no_page,根据vma->vm_page_prot设置该页只允许读和执行,一路返回.现在代码可执行了.

如果代码要写数据段,同样将发生以上情景。现在数据段也在内存中了。但是由于要写该数据页,而页只允许读,因此再次发生page fault,依次do_page_fault->handle_mm_fault->handle_pte_fault,由于此时页已经在内存中,将执行do_wp_page,也就是COW,并设置该页允许写,并释放原页.这样就保证了原页(该页也是该文件读写缓冲)没有被更改.

如果可用物理页发生短缺并且kswapd执行swap_out时选中该进程,进而执行try_to_swap_out,

...

if (PageSwapCache(page)) {

entry.val = page->index;

if (pte_dirty(pte))

set_page_dirty(page);

set_swap_pte:

swap_duplicate(entry);

set_pte(page_table, swp_entry_to_pte(entry));

drop_pte:

UnlockPage(page);

mm->rss--;

deactivate_page(page);

page_cache_release(page);

out_failed:

return 0;

}

flush_cache_page(vma, address);

if (!pte_dirty(pte))

goto drop_pte;

/*代码段将goto drop_pte,以后发生page fault时再执行前面的情景*/

if (page->mapping) {

set_page_dirty(page);

goto drop_pte;

}

/*数据段将执行下面的swap out操作,这样修改过的数据页将被换到交换分区*/

entry = get_swap_page();

if (!entry.val)

goto out_unlock_restore; /* No swap space left */

/* Add it to the swap cache and mark it dirty */

add_to_swap_cache(page, entry);

set_page_dirty(page);

goto set_swap_pte;

......