Hello World 3

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這裡開始分析hello中的一個定址過程的實現。當然現在的情景是：（當然可能只是一小部分載入到了記憶體中，大部分的需要使用缺頁異常處理來實現記憶體配置）。

在sys_exece（）函數中，在記憶體ram中儲存了命令列參數，環境參數，但是程式碼片段，資料區段，bss段，可執行檔的其他段提供”映射“（映射的具體含義參見"深入理解Hello World 3"），此時檔案到虛存的映射僅僅是建立了一種映射關係，也就是說，虛存頁面到物理頁面之間的映射還沒有建立。

在說明記憶體定址 之前，先來看看進程是如何管理虛擬位址，然後開始說明在沒有缺頁的情況下，保護模式下的定址，最後開始hello的情景分析，當hello程式開始定址記憶體的某個位置時，到底發生了什麼(還是從hello剛被載入到記憶體中)?

1.進程的地址空間及管理

該部分參見的是《深入理解linux核心。

核心中的函數通過相當直接了當的方式來得到動態記憶體。核心對於記憶體的分配時採用不同的方式，對於核心而言，總是立即分配記憶體，但是對於使用者進程而言，核心總是在“不能再延遲的情況下”才分配記憶體。linux下的進程總是維護自己的虛擬位址空間（linux為每個使用者進程 分配4DB虛擬位址空間），而虛擬記憶體到實體記憶體的實際轉換的話，是採用的"頁表“的機制來實現的。下面說明相關的資料結構：

在核心源碼include/linux/sched.h中定義了stask_struct結構，用來標記每個進程：

struct task_struct {

...

struct mm_struct *mm, *active_mm;

...

}

進程的task_struct中的mm指向mm_struct用來維護進程管理的虛擬記憶體，哪些虛擬記憶體地址使用，而那些虛擬記憶體地址還沒有使用，mm_struct定義如下:

structmm_struct
{

unsignedlong

start_code,
end_code,
end_data;

...

struct rb_toor mm_root;

structvm_area_struct *

mmap;

structvm_area_struct *

mmap_avl;

..

}

所有的mm_struct都是存放在一個鏈表中，鏈表的第一個元素是init_mm元素，init_mm是初始化進程0使用的記憶體描述符。定義：

#define INIT_MM { \

0, \

                 0, 0, 0, \                 0, 0, 0, 0, \                 0, 0, 0, 0, \                 0, \  */      0, 0, 0, 0, \                 0, \  */      0, 0, 0, 0, \                 &init_mmap, &init_mmap

}

vm_area_struct定義如下：

/* * This struct defines a memory VMM memory area. There is one of these * per VM-area/task.  A VM area is any part of the process virtual memory * space that has a special rule for the page-fault handlers (ie a shared * library, the executable area etc). */struct vm_area_struct {        struct mm_struct * vm_mm;       /* VM area parameters */        unsigned long vm_start;        unsigned long vm_end;        /* linked list of VM areas per task, sorted by address */
        pgprot_t vm_page_prot;        unsigned short vm_flags;        /* AVL tree of VM areas per task, sorted by address */...        /* For areas with inode, the list inode->i_mmap{,_shared}, for shm areas,         * the list of attaches, otherwise unused.         */...        struct vm_operations_struct * vm_ops;        unsigned long vm_offset;        struct file * vm_file;        unsigned long vm_pte;                   /* shared mem */};
上面的vm_area_struct 中需要特彆強調的是vm_file，vm_ops，vm_mm，vm_mm指向進程的mm欄位， vm_file執行虛擬位址映射的檔案的
file對象，vm_ops欄位指向vm_operations_struct結構，該結構中 存放的是範圍線性區的方法，常見的有：open，close，nopage，
populate。
總結上面可得:
process --> task_struct --> mm(mm_struct) --> vm_area_struct  list來管理進程虛擬位址空間
瞭解了上面的資料結構之後，開始看進程的虛擬位址空間是如何建立的？如何刪除的？在這裡hello的情景中，進程是由sys_execve()系統調用來
建立的，在sys_execve函數中，首先是分配一個頁框（物理地址）填充進程的命令列參數，環境變數，將這個頁框分配各這個進程（設定頁表），
然後開始映射可執行檔的.text段，這裡”映射text段“所做的工作只是分配虛擬位址，將可執行檔的一部分和它對應上，在實際的實體記憶體中是
不存在該“段”的內容，如果需要訪問的話 ，產生"缺頁異常"，調用異常處理函數將可執行檔對應的部分讀入到記憶體中，並設定相關的頁表（這一步
其實才建立了虛擬位址和物理地址的映射，也就是說映射其實分為兩個部分，虛擬位址 <--> 檔案 虛擬位址 <-->物理地址，具體的映射部分參見
第四部分）
刪除進程的地址空間使用的是exit_mm。具體的參見“深入理解Hello World程式卸載”部分。
2.保護模式下定址

電腦中引入了”虛擬記憶體“的東西，好處是很大，但是還是給程式的理解帶還很多的麻煩啊。我學習時主要疑問是：
1.哪些是虛擬位址？哪些是實際的物理地址？
如果開啟了分頁機制的話，在應用程式中使用的所有地址都是虛擬位址，將虛擬位址轉換成物理地址的工作是有硬體來完成，同時使用軟體來初始化
一些table，顯然必須存在一些”東西“來記錄實際的物理地址，這個工作是寄存器中寫入物理地址的值。
2.linux為每個活動的進程分配i、一個頁目錄項。
至於具體的轉換過程，在很多作業系統課本中講的有。
3.hello情景分析
依舊使用上面的假設：hello程式剛剛被載入到記憶體中，下面需要定址一個text段內容，由於在sys_execve中做的僅是映射，那麼虛擬位址在轉換
成物理地址時，所訪問的頁表項是空，產生缺頁異常，調用缺頁異常處理函數，讀入該塊美容，然後讀取頁表，cpu的地指線上就是該物理地址的值。然後得到該物理地址中的值，最終開始執行這條指令
下一步開始解決的是“映射”的實際含義？這其中設計到了檔案系統的相關東西，好像雪球越來越大了，繼續。。。
哎，順便說上一句，核心龐大的代碼，尋找一個函數或者是資料結構的定義是在是很難，推薦使用的是google code search來完成相關搜尋。