Linux内核：创建与管理进程地址空间

"这篇资料主要介绍了Linux内核中关于进程地址空间的分配和管理，特别是如何在`fork()`调用中复制内存描述符，以及如何创建和管理进程的线性区。作者是陈香兰，内容包括内核态和用户态分配内存的区别，以及与进程地址空间相关的`mm_struct`数据结构。" 在Linux内核中，进程的地址空间是由一系列允许进程访问的线性地址组成的。每个进程最多可以访问4GB的线性地址空间，但在访问特定地址空间前，必须拥有相应的权限。内核通过`mm_struct`数据结构来描述这些线性地址空间，它包含了如起始地址、长度和访问权限等信息。在进程创建（如`fork()`）时，`copy_mm`函数用于从父进程复制内存描述符，确保子进程有自己的地址空间副本。如果父进程希望与子进程共享地址空间，那么这一过程就有所不同。 `mm_alloc_pgd`函数用于分配新的页表，这是构建地址空间的基础。而`mm_struct`本身则是从由`mm_cachep`指向的slab缓存中通过`allocate_mm()`宏进行分配的。线性区（memory areas）是进程地址空间的基本单位，它们必须4KB对齐，以匹配页的大小。线性区可以在进程生命周期的不同阶段添加或删除，比如在创建新进程、执行`execve`加载新程序、映射文件到地址空间、扩展堆栈或通过`brk()`改变堆大小时。 内核态和用户态分配内存的方法有显著差异。内核可以直接分配内存，因为它具有高优先级且完全信任自身。相反，用户进程请求内存时，不会立即分配物理页框，而是分配线性地址区间，即线性区。这些线性区成为进程地址空间的一部分，只有在实际访问时才会触发缺页异常，进而分配物理内存。 系统调用如`brk()`用于调整进程堆的大小，`execve()`则用于加载新的可执行文件并改变进程的地址空间，`_exit()`终止进程并释放其地址空间，而`fork()`则创建子进程并复制父进程的地址空间。所有这些操作都涉及到对线性区和`mm_struct`的管理，是Linux内核内存管理的重要组成部分。理解这些概念对于深入研究Linux内核至关重要。