1.Linux内核虚拟内存管理之匿名映射缺页异常分析
2.Linux内核编程--内存映射和共享内存
3.Linux内存管理（三）--内存分配之malloc
4.Linux内核黑科技——mmap实现详解
5.Linux 中 mmap() 函数的内内存内存映射问题理解？
6.一文了解Linux内核启动流程

Linux内核虚拟内存管理之匿名映射缺页异常分析

       让我们深入探讨Linux内核中的匿名映射缺页异常，这个现象在内存管理中至关重要。存映本文基于linux-5.0内核源代码进行讲解，射源内容分为几个部分。映射

       首先，内内存理解什么是存映易语言绘制源码匿名页至关重要。匿名页与文件页相对，射源它们不对应任何文件，映射比如进程的内内存堆和栈。当程序使用malloc或mmap分配内存时，存映即使虚拟内存已分配，射源物理内存可能尚未分配，映射首次访问时会触发缺页异常来为虚拟内存分配物理空间。内内存

       接着，存映我们聚焦于0页的射源概念。在系统初始化时，会预先分配一页全为0的内存，称为0页。0页的使用在于节省内存，匿名页第一次读取时，如果数据是0，会映射到0页，写操作时则会触发页面复制。

       当匿名映射缺页异常发生时，处理器会触发一系列处理流程。在源代码中，handle_pte_fault函数会检查页表项是否缺失和是否为匿名映射，然后调用do_anonymous_page处理。这个函数会根据操作（读写）判断是否使用0页，并根据权限设置页表属性。

       在第一次读写匿名页时，内核代码会进行详细处理，例如在mmap映射内存时，会检查并设置页的可读写属性。如果是写操作，即使之前设置了写权限，页表项在第一次写入时也会变为只读，直到下次写操作时才会分配新物理页。

       最后，flatpak源码安装通过实验验证了内核按需分配页的策略，映射和写操作前后内存使用情况的变化证实了匿名页的动态分配特性。总结来说，匿名映射缺页异常是内存管理中的关键点，理解它能帮助我们更好地优化程序性能和内存利用。

Linux内核编程--内存映射和共享内存

       Linux内核编程中，内存映射和共享内存是两种重要的内存管理技术。首先，内存映射允许进程将磁盘文件或对象映射到其地址空间，形成虚拟地址与物理存储的直接对应。这减少了读写操作中的I/O开销，用户空间和内核空间能直接交互，且进程能以内存方式操作文件，而非传统的I/O操作。例如，进程间通信中，通过内存映射，父子进程或非亲缘关系的进程可以通过共享的内存映射区进行数据交换，实现非阻塞通信。文件读写操作时，映射文件描述符到内存后进行操作，操作完成后释放映射。

       内存映射的关键函数包括mmap、munmap和msync，其中mmap用于创建映射，munmap用于释放，msync则控制数据同步。但并非所有文件都支持mmap，如终端或套接字。MS_ASYNC和MS_SYNC的区别在于同步写操作的完成时间。

       相比之下，共享内存不依赖文件，更像是内存中的匿名区域，它不支持fork继承，而是通过shm_open创建。在Client-Server架构中，共享内存用于同步多进程对同一存储区的访问，通常配合信号量进行控制。mirror网站源码使用共享内存能减少客户到服务器间的复制次数，比如在内核操作中，共享内存可以减少四次复制到两次的开销。

       共享内存的创建和管理通常通过POSIX或System_V标准的函数实现，如shmget、shmat等，其中POSIX允许动态调整大小，而System_V在创建时确定大小。代码示例展示了这两种方法的使用方法和示例结果。

       总的来说，内存映射和共享内存都是提高系统效率和进程间协作的有效工具，通过合理的使用，能优化程序性能并简化复杂的数据交换操作。

Linux内存管理（三）--内存分配之malloc

       本文将探讨 Linux 中动态内存分配的核心机制，特别是 malloc 函数的运作原理。开源社区提供了丰富的内存分配器，其中 glibc 中的 ptmalloc2 就是基于 dlmalloc 并引入多线程支持的实例。malloc 的源码位于 glibc-2.\malloc\malloc.c 文件中，它实际上是指向内部实现的别名 __libc_malloc。

       动态内存分配主要通过两个系统调用完成：mmap 和 brk。当所需内存大小超过预设阈值（默认KB）时，使用mmap分配；否则，采用brk分配。这一策略旨在平衡系统调用的频繁程度与内存分配的效率。

       为了提升效率，malloc 实际上利用了池化思想，预先分配较大的内存块，以便在后续请求时直接使用，避免频繁调用系统调用。这一过程涉及多个核心数据结构的使用，包括 arena、malloc_state、heap_info、chunk 等。

       arena 被用来表示连续的堆区域，分为 main arena 和 thread arena。main arena 作为全局变量存在于 libc.so 的数据段中，不需维护多个堆，指标优化源码且可通过 sbrk 扩展堆段。在内存耗尽时，main arena 可以通过 sbrk 或 mmap 扩展堆段至遇到内存映射段。另一方面，thread arena 的数量有限，以减少开销，当线程数量超过 arena 数量时，arena 开始共享。

       heap_info 用于存储堆的元数据，当一个 thread arena 的堆空间耗尽时，新的堆会映射到该 thread arena 中。chunk 则是描述内存分配的基本单位，包含 chunk 的大小、上一个 chunk 的状态信息以及对齐需求。

       在内存组织方面，存在多种类型的 chunk，包括已分配 chunk、空闲 chunk、top chunk 和 last remainder chunk。top chunk 位于 arena 的最顶部，用于处理所有 bin 中未找到合适空闲内存的情况。当 top chunk 大小不合适时，它会被分割或通过系统调用扩容。

       关于 free chunk 的管理、brk 与 mmap 的详细解释将在后续文章中深入探讨。更多关于内存管理的内容可参考《嵌入式 Linux 笔记》专栏。请在引用时注明出处。

Linux内核黑科技——mmap实现详解

       本文旨在详细阐述 Linux 内核中的 mmap 实现机制。mmap 的全称是 memory map，即内存映射，其功能是将文件内容映射到内存中，允许我们直接对映射的内存区域进行读写操作，效果等同于直接对文件进行读写。

       mmap 实现分为两个关键步骤：文件映射和缺页异常处理。首先，使用 mmap() 系统调用时，内核会通过 do_mmap_pgoff() 函数进行处理，这一过程主要是自助换钱源码为进程分配虚拟内存空间，并初始化相关数据结构。文件映射则通过 mmmap_region() 函数完成，该函数负责在 vm_area_struct 结构中登记文件信息，以便后续的内存访问操作。

       在文件映射阶段，虚拟内存地址会映射到文件的页缓存中。当进程试图访问映射后的虚拟内存地址时，若该地址对应的内容未被加载到物理内存中，则会导致缺页异常。这就是我们接下来要介绍的第二步：缺页异常处理。

       当 CPU 触发缺页异常时，内核会调用 do_page_fault() 函数来处理这一异常情况。在这一过程中，文件的页缓存内容会被加载到物理内存中，与虚拟内存地址建立起映射关系。这一机制确保了当进程访问文件内容时，可以无缝地在物理内存和文件之间进行数据交换，从而实现高效的文件读写操作。

       综上所述，mmap 通过将文件内容映射到虚拟内存中，允许我们直接对映射区域进行读写操作，而背后的关键在于文件的页缓存与虚拟内存地址之间的动态映射。这一机制是 Linux 内核实现高效文件访问和管理的重要技术之一。

       对于需要深入学习 Linux 内核源码、内存调优、文件系统、进程管理、设备驱动、网络协议栈等领域的开发者，推荐加入 Linux 内核源码交流群：，群内提供丰富的学习资源，包括精选书籍、视频资料等，以及价值的内核资料包，包含视频教程、电子书、实战项目及代码。前名加入者还将获得额外赠送的资料。

       此外，我们整理了以下精选文章，供对 Linux 内核感兴趣的读者参考：

       浅谈 ARM Linux 内核页表的块映射

       内核大神教你从 Linux 进程的角度看 Docker

       Linux 下 CAN 总线是如何使用的？

       谈谈 Linux 内存管理的前世今生

       深入分析 Linux socket 数据发送过程

       盘点那些 Linux 内核调试手段——内核打印

       Linux 环境下网络分析和抓包是怎么操作的？

Linux 中 mmap() 函数的内存映射问题理解？

       深入理解Linux中mmap()函数的内存映射机制

       在Linux的世界里，mmap()函数就像一把神秘的钥匙，解锁了内存与文件之间的直接连接。让我们一起揭开这个功能的神秘面纱，看看它是如何在内核层面上运作的。

       首先，让我们摒弃虚拟内存这个商业化的概念，它在开发中并没有实际意义。在开发者的视野里，我们关注的是虚拟空间，即进程所见的所有地址构成的广袤区域。虚拟空间是对进程分配到的所有物理地址（已分配和将要分配的）的一种重新映射，它为我们提供了程序的运行舞台。

       mmap的主要作用是让应用程序能够像操作内存一样直接访问文件。虽然其底层实现和性能优化是由内核和驱动器负责的，但作为开发者，你只需关注其功能，并根据需求灵活运用即可。不必过于纠结那些技术细节，让它在你的代码中发挥威力即可。

       现在，我们来看看mmap的工作原理。当你调用mmap时，内核会在你的虚拟空间中预留一块区域，但不会立即分配物理内存。当你试图访问这片空间时，处理器会触发异常，内核会在此时动态分配物理内存，并填充文件内容，然后返回给你的程序，这时，你才会察觉到数据的存在。

       关于驱动的页面读取策略和内存分配算法，这些都是内核的内部决策，不作为编程依赖。记住，mmap的核心是提供便利，而非详尽的细节，所以不要过多幻想。

       至于swap分区，它在内存管理中的角色可以通过深入理解《Linux内存管理的奥秘》一文来掌握。理解了这些，你就能更好地理解我为何建议你以虚拟空间的概念替代虚拟内存。

       内存，作为计算机的核心组件，由DRAM组成，它存储着数据。为了访问内存，我们为它分配地址，这些地址的集合就是内存空间。物理地址空间包括内存和IO，其大小受到地址总线长度的限制，可以远大于实际的DRAM容量。

       CPU在访问内存时，MMU（内存管理单元）会进行地址转换，将虚拟地址映射到物理地址。虚拟地址空间与指令集地址长度可能不一致，例如，位处理器可以访问位地址，但地址总线可能只有位。这就意味着，虚拟空间可以很大，但物理内存并不一定需要匹配。

       每个进程都有独立的虚拟空间，这些空间可以映射到物理内存的不同位置。当Linux执行程序时，使用mmap将程序加载到内存中，使虚拟空间与文件内容相关联，就像这样：

       这个过程看似直接，但文件内容实际存储在磁盘上，CPU无法直接访问。当执行操作时，内核会触发异常，将文件内容从磁盘加载到物理内存，形成动态的内存映射。

       你可以在/proc/pid/maps文件中查看进程的内存映射状态，如init进程的映射情况。这些映射中，有些区域是有文件关联的，被称为backlog文件，它们在内存不足时从磁盘加载数据；而没有文件关联的内存，如通过brk或malloc动态分配的，称为匿名内存，它们可能与swap文件关联，提供扩展内存的可能。

       最后，如果你希望释放缓存，可以使用/proc/sys/vm/drop_caches命令，或者在mount时指定sync或dirsync参数来控制。但请务必谨慎操作，以免影响系统性能。

       通过以上深入解析，你对Linux的mmap函数及其内存映射机制应该有了更清晰的认识。现在，你可以信心满满地在代码中运用这一强大工具，实现高效的文件映射操作了。

一文了解Linux内核启动流程

       本文以Linux3.版本源码为例分析其启动流程。不同版本的启动代码虽然存在差异，但核心的启动逻辑与理念保持不变。

       内核映像在内存中加载并获取控制权后，启动流程启动。由于内核映像是以压缩形式存储的，而非可执行文件，因此首要步骤是自解压内核映像。

       内核在编译时生成vmliunx，通常会被压缩成zImage（小于KB的小内核）或bzImage（大于KB的大内核）。这些内核映像的头部包含解压缩程序。

       通过查找vmlinux文件的链接脚本（vmlinux.lds）中的系统启动入口函数，通常在linux/arch/arm/boot/compressed目录下的Makefile中找到这一信息。

       得到的内核入口函数为stext（linux/arch/arm/kernel/head.S），这是启动流程的关键环节。

       内核启动阶段，通过查找标签__mmap_switched的位置（/linux/arch/arm/kernel/head-common.S），实现内存映射的切换。

       从start_kernel函数开始，内核进入C语言部分，执行内核的大部分初始化任务。函数位于/lint/init/Main.c。

       start_kernel函数涵盖了大量初始化工作，其中包括系统调用、内存管理、进程调度、设备驱动等核心模块的初始化。最终，函数调用rest_init()函数完成剩余初始化。

       kernel_init函数负责设备驱动程序的初始化，并调用init_post函数启动用户进程。现代版本的内核已经将init_post函数的特定任务整合到kernel_init中。

       在内核初始化接近尾声时，free_initmem函数清除内存的__init_begin至__init_end区间数据。

       内核启动后，运行自己的第一个用户空间应用程序_init，它是使用标准C库编译的第一个程序，进程ID为1。

       _init执行其他必需的进程启动，以使系统进入全面可用的状态。

       以下是内核启动流程图，以直观展示启动过程的关键步骤和顺序。

apLinux下实现文件内存映射MMAPlinuxmm

       Linux操作系统提供了文件内存映射（memory-mapped file）函数，简称MMAP，以“映射”文件和内存之间的关系，实现文件与内存之间的数据交互。MMAP是一种技术，它允许程序在使用这个功能时，可以把整个文件映射到进程的地址空间中，然后就可以在进程中直接使用文件数据，不再需要读写操作。使用映射后，程序将文件数据当作内存来操作，也就是把文件数据当作进程的一个内存结构去使用，这样使得程序的开发变得更加容易。

       Linux下实现文件内存映射的函数有mmap()、munmap()、msync()三个函数，分别用于文件内存映射、取消内存映射、同步文件数据。

       mmap()函数接受几个参数，第一个参数是指定目标文件；第二个参数是指定映射到进程的空间的大小；第三个参数是指定对文件的访问权限，可以是读、写或可读可写；第四个参数是指定映射文件时的偏移量，可以从文件某个字节处开始；第五个参数是指定映射文件后，指定目标文件的复制。mmap()函数如果返回成功，返回文件地址指针，然后我们就可以用这个指针访问文件中的值；如果返回失败，则返回-1.

       munmap()函数可以取消mmap()函数实现的内存映射，它接受一个参数，这个参数就是mmap()函数返回的文件地址指针，如果成功，返回0；如果失败，返回-1.

       msync()函数可以同步文件数据，它接受三个参数，第一个参数是指定将要同步的文件地址指针；第二个参数指定同步文件的大小；第三个参数同步文件需要的操作，可以是MS_SYNC、MS_ASYNC和MS_INVALIDATE。如果同步成功，msync()函数返回0；否则，返回-1.

       使用MMAP可以很方便地实现文件和内存之间的数据交换，方法也不是很复杂，只需要用到三个函数mmap()、munmap()、msync()，并设置相关参数即可完成文件内存映射。