1. 地址空间
进程地址空间由进程可寻址的虚拟内存组成，它是平坦的。
每个进程的内存地址空间互不相干。
一个进程的地址空间的所有虚拟地址不一定有权限访问，若访问非法内存，则会报“段错误”。
内存区域是可访问的合法地址空间，包含：
- 代码段
- 数据段（已初始化的全局变量）
- bss段（未初始化的全局变量）
- 用户栈
- 动态链接库的代码段、数据段和bss段
- 内存映射文件
- 共享内存段
- 匿名的内存映射（如
malloc()分配的内存）
2. 内存描述符
用于描述进程的地址空间，由struct mm_struct表示，定义在<linux/sched.h>中，task_struct中的mm域就是内存描述符。
它维护2个引用计数：
mm_count：主引用计数mm_users：使用该地址空间的进程数，只有它为0时，mm_count才能递减，当它为0时才能被回收
内存区域由2种数据结构表示，它们的内容是一样的：
mmap：vm_area_struct链表mm_rb：rb_root红黑树
前者时候遍历，后者适合查找。
2.1. 分配内存描述符
fork()时，通过copy_mm()（写时）复制父进程的内存描述符；而子进程通过allocate_mm()从slab缓存中分配到内存描述符。
若
clone()时指定CLONE_VM则allocate_mm()不会被调用。
2.2. 撤销内存描述符
进程退出时，内核调用exit_mm()（定义在kernel/exit.c中）撤销。
它减少mm_users，若减到0，则调用mmdrop()让mm_count递减，若它也为0，则会调用free_mm()将它归还到slab缓存中。
2.3. 内核线程
内核线程没有进程地址空间，因此task_struct->mm域为空。
当一个进程被调度时，该进程的mm域指向的地址空间会被装载到内存，若mm为空（如内核线程），则保留前一个进程的地址空间。
3. 虚拟内存区域（VMA）
由struct vm_area_struct描述，定义在<linux/mm_types.h>中。
它描述了某个地址空间内一个独立的连续内存范围。每个VMA可代表不同类型的内存区域，不同类型的区域不能重叠。
3.1. VMA标志
由vm_flags定义，标记了该区域所包含的页面的行为和信息，如可写、可读、可执行、可共享等等。
不同于物理访问权限，它反映的是内核处理要遵守的行为标准
3.2. VMA操作
由vm_ops域指向一个vm_operations_struct结构体表示（与VFS设计很类似）。
操作包括：
- 将指定内存区域加入一个地址空间/从一个地址空间删除
- 物理内存中，对应页面不存在（页错误）时，处理页错误
- …
3.3. 实际使用中的内存区域
可使用/proc/<pid>/maps或者pmap工具查看某个进程的内存空间和包含的内存区域。
4. 操作内存区域
4.1. find_vma()
struct vm_area_struct * find_vma(strcut mm_struct *mm, unsigned long addr);
查找第一个vm_end大于addr的VMA，找不到则返回空。结果会被缓存。
4.2. find_vma_prev()
struct vm_area_struct * find_vma_prev(strcut mm_struct *mm, unsigned long addr, struct vm_area_struct **pprev);
查找第一个小于addr的VMA，pprev存放先于addr的VMA指针。
4.3. find_vma_intersection()
struct vm_area_struct* find_vma_intersection(struct mm_struct *mm, unsigned long start_addr, unsigned long end_addr);
返回第一个和指定区间相交的VMA。
5. mmap()和do_mmap()：创建地址区间
unsigned long do_mmap(struct file *file, unsigned long addr, unsigned long len, unsigned long prot, unsigned long flag, unsigned long offset);
它可创建一个新的线性地址区间（VMA），但是若创建的区间和某个区间相邻，且权限相同，则会被合并。
函数中，file指定文件，映射从offset开始，长度为len。若file为空且offset为0，则为“匿名映射”，否则是”文件映射”。
addr可选，指定空闲区域的起始位置；prot指定区域中页面的访问权限；flag指定VMA标志。
mmap()与mmap2()是do_mmap()的包装。
6. mummap()和do_mummap()：删除地址区间
int do_mummap(struct mm_struct *mm, unsigned long start, size_t len)
从特定进程地址空间中删除指定的地址区间（VMA），删除位置从start开始，长度为len。
mummap()是对do_mummap()的简单包装。
7. 页表
Linux中采用三级页表实现，之后也有四级页表的实现。以4KB页为例：
对于三级页表：
- 顶层是页全局目录PGD，指向PMD，包含
pgd_t数组（31~30） - 二级页表是PMD，指向页目录，包含
pmd_t数组（29~21） - 最后一级是PTE（20~12），指向页表，配合偏移（11~0）转化成物理内存地址
对于四级页表，类似：
- PML4，指向一个PGD（47~39）
- PGD，指向一个PMD（38~30）
- PMD，指向一个页目录（29~21）
- PTE（20~12），指向页表，配合偏移（11~0）转换为物理地址
为了提高效率，引入TLB，在查询物理地址时首先在TLB中查询，找不到时采取内存中查找页表。
