internal22-184-ヒープ領域の拡張とファイルマッピング - Linux Kernel Documents Wiki - Linux Kernel Documents

ヒープ領域の拡張とファイルマッピング

プロセス空間の拡張は do_mmap関数で実現している. 第一引き数にNULLを指定してdo_mmap関数を呼び出した場合, 指定されたアドレス範囲を管理するvm_area_structが確保され, その範囲の仮想空間の生成のみを行う.

第一引き数にファイルを渡した場合, 上記処理に加え、生成した仮想空間へのファイルのマッピング処理を行う.

mmapシステムコールだけでなく、execシステムコール時のファイルマッピング、brkシステムコールによるヒープ領域の拡張にこのdo_mmap関数が利用される。

do_mmap(ファイル構造体、アドレス、サイズ、プロテクション...)
{
        固定仮想アドレス指定で無い場合、空いている仮想空間を検索する。
        仮想空間管理構造体vm_area_structを確保する。
        vm_area_structを初期化、仮想空間を予約する。
        if (ファイル指定？) {
                ファイル構造体のmmapオペレーションを呼び出す。
                     (ext2fsの場合はgeneric_file_mmap関数)
                仮想空間管理構造体vm_area_structにファイル構造体を登録
        }
        可能なら隣り合ったvm同士でマージする(merge_segments関数)
}

ext2ファイルシステムの場合は、mmapファイルオペレーションとして以下の関数が登録されている。(他のファイルシステムやドライバは別の関数が登録されている）この関数では、仮想空間管理構造体に仮想空間オペレーションテーブルvm_operations_structを登録する。以後の空間操作処理ではこのテーブルを通して関数が呼び出される。

generic_file_mmap(ファイル構造体, 仮想空間管理構造体vm_area_struct)
{
        if (共有モードのファイルマッピングか？) {
                file_shared_mmapを仮想空間オペレーションテーブル
                  として仮想空間管理構造体vm_area_structに登録
        } else { 
                file_private_mmapを仮想空間オペレーションテーブル
                  として仮想空間管理構造体vm_area_structに登録
        }

    
vm_operations_struct file_private_mmap = {
        NULL,                   /* open */
        NULL,                   /* close */
        NULL,                   /* unmap */
        NULL,                   /* protect */
        NULL,                   /* sync */
        NULL,                   /* advise */
        filemap_nopage,         /* nopage */
        NULL,                   /* wppage */
        NULL,                   /* swapout */
        NULL,                   /* swapin */
};

vm_operations_struct file_shared_mmap = {
        NULL,                   /* no special open */
        NULL,                   /* no special close */
        filemap_unmap,          /* unmap - we need to sync the pages */
        NULL,                   /* no special protect */
        filemap_sync,           /* sync */
        NULL,                   /* advise */
        filemap_nopage,         /* nopage */
        NULL,                   /* wppage */
        filemap_swapout,        /* swapout */
        NULL,                   /* swapin */
};

今後の説明では、フィアルマップされた空間(プログラムのテキスト領域、データ領域など)と、ファイルマップされていない空間(bss領域やスタック領域など)を例にとり、その動作をイメージ的に示していく。PTE中のDはdirtyビット、Wは書き込み可能ビット、PはPTEの有効性を示すビットである。大文字はそのビットが立っていることを示し、小文字のときはビットが落ちていることを示す。

生成されたばかりのプロセス空間は、仮想空間だけは存在するが、PTEの中身は全て空であり、物理メモリは割り当てられていない。