Разработка ядра Linux

Флаг VM_SBQ_READ является подсказкой ядру, что приложение выполняет последовательное (т.е. линейное и непрерывное) чтение из соответствующего отображения. При этом ядро может повысить производительность чтения за счет выполнения упреждающего чтения (read-ahead) из отображаемого файла. Флаг VM_RAND_READ указывает обратное, т.е. приложение выполняет операции чтения из случайно выбранных мест отображения (т.е. не последовательно). При этом ядро может уменьшить или совсем отключить выполнение упреждающего чтения из отображаемого файла. Эти флаги устанавливаются с помощью системного вызова madvice путем указания соответственно флагов MADV_SEQUENTIAL и MADV_RANDOM для этого вызова. Упреждающее чтение — это последовательное чтение несколько большего количества данных, чем было запрошено, в надежде на то, что дополнительно считанные данные могут скоро понадобиться. Такой режим полезен для приложений, которые считывают данные последовательно. Однако если считывание данных выполняется случайным образом, то режим упреждающего чтения не эффективен.

Операции с областями VMA

Поле vm_ops структуры vm_area_struct содержит указатель на таблицу операций, которые связаны с данной областью памяти и которые ядро может вызывать для манипуляций с областью VMA. Структура vm_area_struct служит общим объектом для представления всех типов областей виртуальной памяти, а в таблице операций описаны конкретные методы, которые могут быть применены к каждому конкретному экземпляру объекта.

Таблица операций представлена с помощью структуры vm_operations_struct, которая определена в файле следующим образом.

struct vm_operations_struct {

 void (*open)(struct vm_area_struct*);

 void (*close)(struct vm_area_struct*);

 struct page* (*nopage)(struct vm_area_struct*, unsigned long, int);

 int (*populate)(struct vm_area struct*, unsigned long,

  unsigned long, pgprot_t, unsigned long, int);

};

Рассмотрим каждый метод в отдельности.

• void open(struct vm_area_struct *area);

Эта функция вызывается, когда соответствующая область памяти добавляется в адресное пространство.

• void close(struct vm_area_struct *area);

Эта функция вызывается, когда соответствующая область памяти удаляется из адресного пространства.

• struct page* nopage(struct vm_area_struct *area,

  unsigned long address, int unused);

Эта функция вызывается обработчиком прерывания из-за отсутствия страницы (page fault), когда производится доступ к странице, которая отсутствует в физической памяти.

• int populate(struct vm_area_struct *area,

  unsigned long address, unsigned long len, pgprot_t prot,

  unsigned long pgoff, int nonblock);

Эта функция вызывается из системного вызова remap_pages для предварительного заполнения таблиц страниц области памяти (prefault) при создании нового отображения.

Списки и деревья областей памяти

Как уже рассказывалось, к областям памяти осуществляется доступ с помощью двух структур данных дескриптора памяти: полей mmap и mm_rb. Эти две структуры данных независимо друг от друга указывают на все области памяти, связанные с данным дескриптором памяти. Они содержат указатели на одни и те же структуры vm_area_struct, просто эти указатели связаны друг с другом по-разному.

Первый контейнер, поле mmap, объединяет все объекты областей памяти в односвязный список. Структуры vm_area_struct объединяются в список с помощью своих полей vm_next. Области памяти отсортированы в порядке увеличения адресов (от наименьшего и до наибольшего). Первой области памяти соответствует структура vm_area_struct, на которую указывает само поле mmap. Указатель на самую последнюю структуру равен значению NULL.

Второе поле, mm_rb, объединяет все объекты областей памяти в красно-черное (red-black) дерево. На корень дерева указывает поле mm_rb, а каждая структура vm_area_struct присоединяется к дереву с помощью поля vm_rb.