进程地址空间

进程结构

linux内核中使用 **task_struct** 结构体表示一个进程，其中包含了 kernel 所需要的关于进程的所有信息，如 进程pid、父进程、进程优先级控制参数 以及 进程地址空间：mm_struct 等。

mm_struct

用以描述进程的地址空间信息，在实际的 mm_struct 结构体中，并没有直接划定区域，而是使用不同的字段进行界定

虚拟地址

直接使用物理地址的问题

• 问题1：进程地址空间不隔离，有安全性问题
• 问题2：内存使用效率低，会产生很多碎片化的内存
• 问题3：程序运行地址不确定，影响程序运行效率

因此有了使用虚拟地址的设计方法，对于每一个进程而言都是“独占”整个内存，

分段式的虚拟地址

分段式的虚拟地址思想是：

• 在虚拟地址空间和物理地址空间做等值的映射

比如虚拟空间中一个大小为 20M 的段，就映射到物理地址空间上的某个 20M 大小的空间。

这种方式解决了问题1和问题3的问题，但是由于每次换入的内存大小为整个程序，因此会造成大量的磁盘访问操作，导致效率低下。

分页式的虚拟地址

分页式的虚拟地址思想是：

• 把物理地址空间划分为许多页，每个页的大小由CPU决定，一般大小是4KB，当程序运行需要某个页时，如果对应页未载入，则触发缺页中断，进而从内存中加载对应页

这种方式使换入换出的内存空间固定，因此能够同时解决问题1,2,3。

程序访问虚拟地址的过程

当加载可执行文件之后，系统会为其创建进程（task_struct），进程会为每一条指令和数据都分配一个虚拟地址。
当程序开始执行时，虚拟地址对应的物理页不在内存中，虚拟页表项（PTE）也不在 TLB 中，因此会执行一个 缺页中断 之后的加载流程

具体流程如下图：