一步一图带你深入理解 Linux 虚拟内存管理(12) _生活百科

本小节中，笔者将为大家介绍一个新的结构体 vm_area_struct ，正是这个结构体描述了这些虚拟内存区域 VMA（virtual memory area）。
struct vm_area_struct { unsigned long vm_start;/* Our start address within vm_mm. */ unsigned long vm_end;/* The first byte after our end addresswithin vm_mm. */ /** Access permissions of this VMA.*/ pgprot_t vm_page_prot; unsigned long vm_flags;struct anon_vma *anon_vma; /* Serialized by page_table_lock */struct file * vm_file;/* File we map to (can be NULL). */ unsigned long vm_pgoff;/* Offset (within vm_file) in PAGE_SIZEunits */ void * vm_private_data;/* was vm_pte (shared mem) */ /* Function pointers to deal with this struct. */ const struct vm_operations_struct *vm_ops;}每个 vm_area_struct 结构对应于虚拟内存空间中的唯一虚拟内存区域 VMA ， vm_start 指向了这块虚拟内存区域的起始地址（最低地址）， vm_start 本身包含在这块虚拟内存区域内。vm_end 指向了这块虚拟内存区域的结束地址（最高地址），而 vm_end 本身包含在这块虚拟内存区域之外，所以 vm_area_struct 结构描述的是 [vm_start ， vm_end) 这样一段左闭右开的虚拟内存区域。

文章插图
5.4 定义虚拟内存区域的访问权限和行为规范vm_page_prot 和 vm_flags 都是用来标记 vm_area_struct 结构表示的这块虚拟内存区域的访问权限和行为规范。
上边小节中我们也提到，内核会将整块物理内存划分为一页一页大小的区域，以页为单位来管理这些物理内存，每页大小默认 4K。而虚拟内存最终也是要和物理内存一一映射起来的，所以在虚拟内存空间中也有虚拟页的概念与之对应，虚拟内存中的虚拟页映射到物理内存中的物理页。无论是在虚拟内存空间中还是在物理内存中，内核管理内存的最小单位都是页。
vm_page_prot 偏向于定义底层内存管理架构中页这一级别的访问控制权限，它可以直接应用在底层页表中，它是一个具体的概念。

页表用于管理虚拟内存到物理内存之间的映射关系，这部分内容笔者后续会详细讲解，这里大家有个初步的概念就行。

虚拟内存区域 VMA 由许多的虚拟页 (page) 组成，每个虚拟页需要经过页表的转换才能找到对应的物理页面。页表中关于内存页的访问权限就是由 vm_page_prot 决定的。
vm_flags 则偏向于定于整个虚拟内存区域的访问权限以及行为规范。描述的是虚拟内存区域中的整体信息，而不是虚拟内存区域中具体的某个独立页面。它是一个抽象的概念。可以通过 vma->vm_page_prot = vm_get_page_prot(vma->vm_flags) 实现到具体页面访问权限 vm_page_prot 的转换。
下面笔者列举一些常用到的 vm_flags 方便大家有一个直观的感受：
vm_flags访问权限VM_READ可读VM_WRITE可写VM_EXEC可执行VM_SHARD可多进程之间共享VM_IO可映射至设备 IO 空间VM_RESERVED内存区域不可被换出VM_SEQ_READ内存区域可能被顺序访问VM_RAND_READ内存区域可能被随机访问VM_READ ， VM_WRITE ， VM_EXEC 定义了虚拟内存区域是否可以被读取，写入，执行等权限。
比如代码段这块内存区域的权限是可读，可执行，但是不可写。数据段具有可读可写的权限但是不可执行。堆则具有可读可写，可执行的权限（Java 中的字节码存储在堆中，所以需要可执行权限），栈一般是可读可写的权限，一般很少有可执行权限。而文件映射与匿名映射区存放了共享链接库，所以也需要可执行的权限。