相关文件：

mm/mlock.c

mm/util.c

mm/mmap.c

include/linux/slab.h

mmap系统调用陷入内核中会调用vm_mmap_pgoff=>do_mmap_pgoff函数来真正完成mmap操作

1.1.do_mmap_pgoff函数(关键部分代码)

do_mmap_pgoff

• 16行：对需要映射的内存长度页对齐
• 20行：get_unmapped_area返回需要映射的地址空间
• 25行：建立映射关系，如果定义了VM_LOCKED还要立即申请物理内存，该函数的实现细节请看1.2小节

1.2.mmap_region函数(关键部分代码)

mmap_region

• 40行：查找符合条件的vma
• 46行：合并相邻的vma
• 49行：如果没找到合适的vma则调用kmem_cache_zalloc申请一个vma结构，这个函数前面也说过
• 51行：把初始化好的vma插入mm下的内存管理树结构
• 55行：配置vma的访问权限

2.缺页中断(armv7架构)

相关文件：

mm/memory.c

arch/arm/mm/fault.c

缺页中断与具体的处理器架构密切相关。以ARM为例，页面转换失效和页面访问权限失效对应的核心处理函数为do_page_fault。

缺页中断基本流程

2.1.do_page_fault函数(关键部分)

do_page_fault函数-1

• 69行：处于中断上下文或者禁止抢占时跳转到no_context标签
• 71行：用户空间添加FAULT_FLAG_USER标志
• 73行：具备FSR_WRITE权限则添加FAULT_FLAG_WRITE标志
• 76行：真正处理缺页中断的函数，详情看小节2.2

do_page_fault函数-2

• 85行：不属于以上异常就说明缺页中断正常处理完成
• 88行：缺页中断处理有异常发生，如果是内核空间跳转到no_context标签执行__do_kernel_fault函数
• 90行：VM_FAULT_OOM则调用pagefault_out_of_memory发送OOM信号
• 95行：用户空间则向进程发送SIGSEGV信号，进程中断
• 99行：__do_kernel_fault函数发送Oops错误

2.2.__do_page_fault函数(关键部分)

__do_page_fault函数

• 112行：查找vma
• 115行：vma访问权限
• 120行：缺页中断处理，详见2.3

2.3.__handle_mm_fault函数(关键部分)

__handle_mm_fault函数

• 141~148行：获取到addr所对应的PGD、PUD、PMD、PTE
• 150行：handle_pte_fault处理缺页中断，详见2.4

2.4.handle_pte_fault函数(关键部分)

handle_pte_fault函数-1

176行：如果页面不在内存中(还未映射真正的页)，调用pte_none177行：页面为空。对于文件映射通常会调用do_fault(详见2.6)；否则表示匿名映射则会调用do_anonymous_page(详见2.5)186行：页面不为空，表示正处于交换内存中，调用do_swap_page函数，详见2.7189行：写异常190行：如果pte为只读权限，调用do_swap_page函数193行：如果具备写属性，L_PTE_DIRTY置位

handle_pte_fault函数-2

• 189行：设置L_PTE_YONG位
• 190行：如果pte页面项有变化就要写入物理页面项，并更新TLB cache

2.5.do_anonymous_page函数

do_anonymous_page函数-1

• 225行：判断当前VMA是否需要增加一个guard page作为安全垫
• 229~236行：对于只读的VMA，系统使用0号页面生成新的PTE entry，0号页面是在paging_init中初始化的，前面提过。使用pte_offset_map_lock能得到页表项。如果表项不为空则跳转到setpte处更新到硬件表中。

do_anonymous_page函数-2

241行：分配一个可写的匿名页面，最终调用伙伴系统的alloc_pages，优先选择高端内存254~256行：通过mk_xxx生成一个新的pte entry262行：inc_mm_counter_fast增加系统中匿名页面的引用计数263行增加到RMAP反向映射系统中265行：把匿名页添加到LRU链表中，kswap中会用到267行：设置pte entry到硬件页表中

do_anonymous_page函数-3

• 270行：刷新TLB和cache

2.6.do_fault函数

do_fault函数

• 300行：只读缺页异常，详见2.8小节
• 303行：私有映射且发生写时拷贝缺页异常，详见2.9小节
• 305行：公有映射写缺页异常，详见2.10小节

2.7.do_swap_page函数

与2.8和2.9类似

2.8.do_read_fault函数

static int do_read_fault(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,unsigned long address, pmd_t *pmd,pgoff_t pgoff, unsigned int flags, pte_t orig_pte){struct page *fault_page;if (vma->vm_ops->map_pages && fault_around_bytes >> PAGE_SHIFT > 1) {//拿到缺页异常地址addr所对应的ptepte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);/*以缺页异常地址为中心，从start_addr开始检查相应的pte是否为空，若为*空则从这个pte开始到max_pgoff为止使用map_pages()来映射PTE。这么做为*了提前建立缺页地址(进程地址空间)与(现存)page cache的映射关系，*减少缺页中断的次数从而提高效率。*/do_fault_around(vma, address, pte, pgoff, flags);//页面内容在刚刚被系统修改了，跳转到unlock_out标签if (!pte_same(*pte, orig_pte))goto unlock_out;pte_unmap_unlock(pte, ptl);}//为缺页异常地址分配page cache ret = __do_fault(vma, address, pgoff, flags, NULL, &fault_page);if (unlikely(ret & (VM_FAULT_ERROR | VM_FAULT_NOPAGE | VM_FAULT_RETRY)))return ret;//拿到映射好的缺页地址的PTEpte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);if (unlikely(!pte_same(*pte, orig_pte))) {pte_unmap_unlock(pte, ptl);unlock_page(fault_page);page_cache_release(fault_page);return ret;}//为PTE创建条目，并加入反向映射机制do_set_pte(vma, address, fault_page, pte, false, false);unlock_page(fault_page);unlock_out://放弃映射pte_unmap_unlock(pte, ptl);return ret;}

2.9.do_cow_fault函数

//省略部分错误判断static int do_cow_fault(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,unsigned long address, pmd_t *pmd,pgoff_t pgoff, unsigned int flags, pte_t orig_pte){pte_t *pte;int ret;if (unlikely(anon_vma_prepare(vma)))return VM_FAULT_OOM;//以GFP_HIGHUSER_MOVABLE分配掩码分配一个物理页面new_page = alloc_page_vma(GFP_HIGHUSER_MOVABLE, vma, address);if (mem_cgroup_try_charge(new_page, mm, GFP_KERNEL, &memcg)) {page_cache_release(new_page);return VM_FAULT_OOM;}//读取文件内容到fault_pageret = __do_fault(vma, address, pgoff, flags, new_page, &fault_page);if (unlikely(ret & (VM_FAULT_ERROR | VM_FAULT_NOPAGE | VM_FAULT_RETRY)))goto uncharge_out;if (fault_page)//拷贝内容到物理页面copy_user_highpage(new_page, fault_page, address, vma);__SetPageUptodate(new_page);//取得对应的PTEpte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);//为对应PTE创建条目再添加到反向映射机制do_set_pte(vma, address, new_page, pte, true, true);mem_cgroup_commit_charge(new_page, memcg, false);//物理页面加入LRU队列进行管理，内存回收会用到lru_cache_add_active_or_unevictable(new_page, vma);pte_unmap_unlock(pte, ptl);if (fault_page) {unlock_page(fault_page);page_cache_release(fault_page);} else {i_mmap_unlock_read(vma->vm_file->f_mapping);}return ret;uncharge_out:mem_cgroup_cancel_charge(new_page, memcg);page_cache_release(new_page);return ret;}

2.10.do_shared_fault函数

与2.8和2.9类似

2.11.do_fault_around函数

static void do_fault_around(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,pte_t *pte, pgoff_t pgoff, unsigned int flags){unsigned long start_addr, nr_pages, mask;pgoff_t max_pgoff;struct vm_fault vmf;int off;/*fault_around_bytes是一个全局变量，等于16个page的大小,所以此处nr_pages=16*/nr_pages = ACCESS_ONCE(fault_around_bytes) >> PAGE_SHIFT;//以16页对齐为步长计算掩码mask = ~(nr_pages * PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;//以16页对齐，取缺页地址和vm_start较大的那个为扫描PTE的起始地址start_addr = max(address & mask, vma->vm_start);/*PTRS_PER_PTE 表示每个PTE项所对应的条目数，此处为512也就是1个PTE对应512页*这一步相当于取缺页地址和start_addr的偏离(页数单位)的绝对值*/off = ((address - start_addr) >> PAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_PTE - 1);//查找PTE的起始位置pte -= off;pgoff -= off;/* *  max_pgoff is either end of page table or end of vma *  or fault_around_pages() from pgoff, depending what is nearest. */max_pgoff = pgoff - ((start_addr >> PAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_PTE - 1)) +PTRS_PER_PTE - 1;max_pgoff = min3(max_pgoff, vma_pages(vma) + vma->vm_pgoff - 1,pgoff + nr_pages - 1);/* Check if it makes any sense to call ->map_pages */while (!pte_none(*pte)) {if (++pgoff > max_pgoff)return;start_addr += PAGE_SIZE;if (start_addr >= vma->vm_end)return;pte++;}//找到为空的PTE，则从此处开始到max_pgoff映射PTEvmf.virtual_address = (void __user *) start_addr;vmf.pte = pte;vmf.pgoff = pgoff;vmf.max_pgoff = max_pgoff;vmf.flags = flags;vma->vm_ops->map_pages(vma, &vmf);}