6.堆的管理

堆是一个连续的内存区域，在扩展时自下至上增长。的mm_struct结构，包含了堆在虚拟地址空间中的起始和当前结束地址（start_brk和brk）。

<mm_types.h> 
struct mm_struct 
{ 
... 
　　unsigned long start_brk, brk, start_stack; 
... 
};

brk系统调用只需要一个参数，用于指定堆在虚拟地址空间中新的结束地址（如果堆将要收缩，当然可以小于当前值）。照例，brk系统调用实现的入口是sys_brk函数，其代码流程图在图4-16给出。

 

 

brk机制不是一个独立的内核概念，而是基于匿名映射实现，以减少内部的开销。因此前几节讨论的许多用于管理内存映射的函数，都可以在实现sys_brk时重用。

在检查过用作brk值的新地址未超出堆的限制之后，sys_brk第一个重要操作是将请求的地址按页长度对齐。

mm/mmap.c 
asmlinkage unsigned long sys_brk(unsigned long brk) 
{ 
　　unsigned long rlim, retval; 
　　unsigned long newbrk, oldbrk; 
　　struct mm_struct *mm = current->mm; 
... 
　　newbrk = PAGE_ALIGN(brk); 
　　oldbrk = PAGE_ALIGN(mm->brk); 
...

该代码确保brk的新值（原值也同样）是系统页长度的倍数。换句话说，一页是用brk能分配的最小内存区域。

在需要收缩堆时将调用do_munmap，我们在4.对区域的操作已经熟悉该函数。

<mm/mmap.c> 
　　/* 总是允许缩减brk。 */
　　if (brk <= mm->brk) { 
　　　　if (!do_munmap(mm, newbrk, oldbrk-newbrk)) 
　　　　　　goto set_brk; 
　　　　goto out; 
　　} 
...

如果堆将要扩大，内核首先必须检查新的长度是否超出进程的最大堆长度限制。find_vma_intersection接下来检查扩大的堆是否与进程中现存的映射重叠。倘若如此，则什么也不做，立即返回。

<mm/mmap.c> 
/* 检查是否与现存的mmap映射冲突。 */ 
if (find_vma_intersection(mm, oldbrk, newbrk+PAGE_SIZE)) 
　　goto out; 
...

否则将扩大堆的实际工作委托给do_brk。函数总是返回mm->brk的新值，无论与原值相比是增大、缩小、还是不变。

<mm/mmap.c> 
/* 可以，看起来不错，不要担心。*/ 
　　if (do_brk(oldbrk, newbrk-oldbrk) != oldbrk) 
　　　　goto out; 
　　set_brk: 
　　　　mm->brk = brk; 
　　out: 
　　　　retval = mm->brk; 
　　return retval; 
}

 

我们不需要单独讨论do_brk，因为实质上它是do_mmap_pgoff的简化版本，没什么新东西。与后者类似，它在用户地址空间中创建了一个匿名映射，但省去了一些安全检查和用于提高代码性能的对特殊情况的处理。