Книга: Разработка ядра Linux

Области памяти в реальной жизни

Области памяти в реальной жизни

Рассмотрим пример адресного пространства процесса и области памяти в этом адресном пространстве. Для этой цели можно воспользоваться полезной файловой системой /proc и утилитой pmар(1). В качестве примера рассмотрим следующую простую прикладную программу, которая работает в пространстве пользователя. Эта программа не делает абсолютно ничего, кроме того, что служит примером.

int main(int argc, char *argv[]) {
 return 0;
}

Рассмотрим список областей памяти из адресного пространства этого процесса. Этих областей немного. Мы уже знаем, что среди них есть сегмент кода, сегмент данных сегмент bss. Если учесть, что эта программа динамически скомпонована с библиотекой функций языка С, то соответствующие области существуют также для модуля libc.so и для модуля ld.so. И наконец, среди областей памяти также есть стек процесса.

Результат вывода списка областей адресного пространства этого процесса из файла /proc/<pid>/maps имеет следующий вид.

rml@phantasy:~$ cat /proc/1426/maps
00e80000-00faf000 r-xp 00000000 03:01 208530 /lib/tls/libc-2.3.2.so
00faf000-00fb2000 rw-p 0012f000 03:01 208530 /lib/tls/libc-2.3.2.so
00fb2000-00fb4000 rw-p 00000000 00:00 0
08048000-08049000 r-xp 00000000 03:03 439029 /home/rml/src/example
08049000-0804a000 rw-p 00000000 03:03 439029 /home/rml/src/example
40000000-40015000 r-xp 00000000 03:01 80276  /lib/ld-2.3.2.so
40015000-40016000 rw-p 00015000 03:01 80276  /lib/ld-2.3.2.so
4001e000-4001f000 rw-p 00000000 00:00 0
bfffe000-c0000000 rwxp fffff000 00:00 0

Информация об областях памяти выдается в следующем формате.

начало-конец права доступа смещение старший:младший номера устройства файловый индекс файл

Утилита pmap(1)[82] форматирует эту информацию в следующем, более удобочитаемом виде.

rml@phantasy:~$ pmap 142 6 example[142 6]
00e80000 (1212 KB) r-xp (03:01 208530) /lib/tls/libc-2.3.2.so
00faf000 (12 KB)   rw-p (03:01 208530) /lib/tls/libc-2.3.2.so 00fb2000 (8 KB) rw-p (00:00 0)
08048000 (4 KB)    r-xp (03:03 439029) /home/rml/src/example
08049000 (4 KB)    rw-p (03:03 439029) /home/rml/src/example
40000000 (84 KB)   r-xp (03:01 80276)  /lib/ld-2.3.2.so
40015000 (4 KB)    rw-p (03:01 80276)  /lib/ld-2.3.2.so
4001e000 (4 KB)    rw-p (00:00 0)
bfffe000 (8 KB)    rwxp (00:00 0)
mapped: 1340 KB writable/private: 40 KB shared: 0 KB

Первые три строчки соответствуют сегменту кода, сегменту данных и сегменту bss модуля libc.so (библиотека функций языка С). Следующие две строчки описывают соответственно сегмент кода и сегмент данных выполняемого образа. Далее три строчки — описание сегментов кода, данных и bss модуля ld.so (динамический компоновщик). Последняя строчка описывает стек процесса.

Обратите внимание, что все сегменты кода имеют права на чтение и выполнение, что и должно быть для выполняемых образов. С другой стороны, сегменты данных и bss, которые содержат глобальные переменные, помечаются как имеющие права на запись и чтение, а не на выполнение.

Все адресное пространство составляет порядка 1340 Кбайт, но только 40 Кбайт из них имеют право на запись и соответствуют частному отображению. Если область памяти является совместно используемой и не имеет прав на запись, то ядро хранит в памяти всего одну копию отображаемого файла. Это может показаться обычным для совместно используемых отображений; однако, случай, когда при этом еще и отсутствуют права на запись, проявляется несколько неожиданно. Если учесть факт, что когда на отображение нет прав записи, то соответствующая информация никогда не может быть изменена (из отображения возможно только чтение), становится ясно, что можно совершенно безопасно загрузить выполняемый образ в память всего один раз. Поэтому динамически загружаемая библиотека функций языка С и занимает в памяти всего 1212 Кбайт, а не 1212 Кбайт, умноженное на количество процессов, которые эту библиотеку используют. В связи с этим, процесс, код и данные которого имеют объем порядка 1340 Кбайт, на самом деле занимает всего 40 Кбайт физической памяти. Экономия памяти из-за такого совместного использования получается существенной.

Обратите внимание на области памяти, которые не имеют отображаемого файла, находятся на устройстве с номерами 00:00 и номер файлового индекса для которых равен нулю. Это отображение страницы, заполненной нулями (zero page, пулевая страница). Если отобразить страницу, заполненную нулями, на область памяти, которая имеет права на запись, то побочным эффектом является инициализация всех переменных в нулевые значения. Это важно, поскольку в таком случае получается область памяти, заполненная нулями, которая нужна для сегмента bss.

Каждой области памяти, связанной с процессом, соответствует структура vm_area_struct. Так как процесс не является потоком (thread), то для него существует отдельная структура min_struct, на которую есть ссылка из структуры task_struct.

Оглавление книги