Linux sys_exec中可执行文件映射的建立及读取 - 内核源码 - Linux论坛

1. 创建一个vm_area_struct；    2. 圈定一个虚用户空间，将其起始结束地址(elf段中已设置好)保存到vm_start和vm_end中；    3. 将磁盘file句柄保存在vm_file中；    4. 将对应段在磁盘file中的偏移值(elf段中已设置好)保存在vm_pgoff中；    5. 将操作该磁盘file的磁盘操作函数保存在vm_ops中；    6. 注意这里没有为对应的页目录表项创建页表，更不存在设置页表项了；                           §                               §                           §                        +------§->+--------------+                           §                        |      §  |  Disk file   |                           §                        |      §  |              |                           §    +----------------+  |  +---§->|--------------|                           §    | vm_area_struct |  |  |   §  | Seg Content  |                           §    |----------------|  |  |   §  |--------------|       +----------------+<-§-------- vm_start    |  |  |   §  |              |       | 圈定了一个未映  |  §  +----- vm_end      |  |  |   §  |              |       | 射到物理内存的  |  §  | |    vm_file--------+  |   §  +--------------+       | vm_area_struct |  §  | |    vm_pgoff ---------+   §       +----------------+<-§--+ |    vm_ops --------+      §                           §    |                |  |      §                           §    +----------------+  |      §                           §                        |      §                           § +----------------------+      §                           § |                             §                           § +->+-----------------------+  §                           §    |   file_private_map    |  §                           §    |-----------------------|  §                           §    | nopage:filemap_nopage |  §                           §    |        .....          |  §                           §    +-----------------------+  §             user space    §           kernel              §     disk [ 本帖最后由 frank_seng 于 2008-5-6 15:45 编辑 ]
机器再胜人类 Power还能做什么？ | 2010您最想感谢的CUer是谁？ | 红帽RHCE超低价考试| 非诚勿扰 Unix专才招聘进行时！

frank_seng 发短消息 加为好友 frank_seng 当前离线 UID 20588431  帖子 228  精华 2  积分 252  可用积分 252   信誉积分 100   专家积分 0   空间积分 0   阅读权限 20  在线时间 47 小时  注册时间 2007-07-17  最后登录 2010-06-30  精灵 帖子 228  主题 94  精华 2  可用积分 252   专家积分 0   在线时间 47 小时  注册时间 2007-07-17  最后登录 2010-06-30  状态：...当前离线... [微博] [博客] [短信]

2楼 发表于 2008-05-06 15:44 | 只看该作者   回复 #1 frank_seng 的帖子 从上文中可知elf_map时并没有将文件内容读入内存，假设现在程序中有一条指令需要读取上面vm_start---vm_end之间的某内容，例如mov [0x08000011], %eax，那么将会执行如下序列：     * CPU依据CR3（current->pgd）找到0x08000011地址对应的pgd[ i ]，由于该pgd[ i ]内容保持为初始化状态即为0，导致CPU异常；     * do_page_fault被调用，在该函数中，为pgd[ i]在内存中分配一个页表，并让该表项指向它，如下图所示：       pgd       +-----+       |-----|    pt       |  i  |--->+-----+       |-----|    |-----|       |     |    |  j  |       +-----+    |-----|                  |     |                  +-----+       注意：这里i为0x08000011高10位，j为其中间10位，此时pt表项全部为0（pte[j]也为0）；     * 为pte[j]分配一个真正的物理内存页面，依据vm_area_struct中的vm_file、vm_pgoff和vm_ops，调用filemap_nopage将磁盘file中vm_pgoff偏移处的内容读入到该物理页面中，如下图所示：                           +-------------+                              |  Disk file  |                              |             |                              |-------------|                              | Seg Content----+                             |-------------|  |         pgd                 |             |  |         +-----+             |             |  |②       |-----|    pt       +-------------+  |         |  i  |--->+-----+                   |         |-----|    |-----|   ①   page       |         |     |    |  j  |------->+-----+<---+         +-----+    |-----|        |     |                  |     |        |     |                  +-----+        |     |                                 +-----+             ①.分配物理内存页面；       ②.从磁盘文件中将内容读取到物理内存页面中；   父子页面保护共享的处理 ------ COW技术 在do_fork->copy_mm中，如果vm_area_struct的属性中包含了可写属性，但非共享，则将父对应的pte[j](假设pte[j]对应了vm_area_strruct圈定的范围中的某个页面)设置为写保护，随后复制父pte[j]给子pte[j]；此处采用了COW技术。 copy_mm之后的的情况如下图，可见并没有真正的复制一个page给子进程：     father     +--------+     |        |     |--------|     |pte(w=0)|--+     |--------|  |     |        |  |     +--------+  +-->+------+                     |      |     son         +-->|      |     +--------+  |   | page |     |        |  |   |      |     |--------|  |   |      |     |pte(w=0)|--+   |      |     |--------|      +------+     |        |     +--------+ 现在假设父进程向pte中写入，则会引发CPU异常，在异常处理机制中，处理如下：     * 创建一个新的newpage；     * 复制page内容到newpage；     * 让父pte指向newpage，并且设置父pte的w=1（可写）；     * 子pte保持不变；最终如下图：     father                       +--------+  +-->+------+     |        |  |   |      |     |--------|  |   | new  |     |pte(w=1)|--+   | page |     |--------|      |      |     |        |      +------+     +--------+     son                          +--------+  +-->+------+     |        |  |   |      |     |--------|  |   | page |     |pte(w=0)|--+   |      |     |--------|      |      |     |        |      +------+     +--------+ 如果现在子进程又向pte中写，同样导致异常，但是由于此时该pte:count==1，则直接将该pte:w=1，然后写即可；     son                          +--------+  +-->+------+     |        |  |   |      |     |--------|  |   | page |     |pte(w=1)|--+   |      |     |--------|      |      |     |        |      +------+     +--------+ [ 本帖最后由 frank_seng 于 2008-5-7 14:02 编辑 ] 真的好对不起，由于历史原因，我们的产品依然跑在Linux 2.4上，因此是对着2.4说的，2.6除了网络部分外，还从没看过，sorry啊! 关于COW，我写了一些总结性文档，贴出来献丑了：假设进程A创建了子进程B，之后进程A和进程B共享A的地址空间，同时该地址空间中的页面全部被标识为写保护。此时B若写address所在的页面，由于写保护的原因会引起写异常，在异常处理中，内核会将address所在的那个写保护页面复制为一个新的页面，让B的address页表项指向该新页面，新页面可写，而A的address页表项依然指向那个写保护的页面。此后当B再访问address是就会直接访问该新的页面了，不再会访问到那个写保护的页面。当A试图写address所在的页面时，由于写保护的原因此时也会引起异常，在异常处理中，内核如果发现该页面只有一个拥有进程，此种情况下也就是A，则直接对该页面取消写保护，此后当A再访问address是不会再有写保护错误了。如果此时A又创建了子进程C，则该address所在的页面又被设置为写保护，拥有进程为A和C，同时其他的页面例如PAGEX依然维持写保护，只是拥有进程为A、B和C。如果此时A访问PAGEX，则异常处理会创建一个新页面并将PAGEX中的内容复制到该页面，同时将A相应的pte指向该新页面。如果此时C也访问PAGEX，也会复制新页面并且让C对应的pte指向新页面。如果B再访问PAGEX，则由于此时PAGEX只有一个拥有进程B，故不再复制新页面，而是直接取消该页面的写保护，由于B的pte本来就直接指向该页面，所以无需再做其他工作了。这也就是COW的实现机制。