前面几节，我们既看了虚拟内存空间如何组织的，也看了物理页面如何管理的。现在我们需要一些数据结构，将二者关联起来。
mmap 的原理在虚拟地址空间那一节，我们知道，每一个进程都有一个列表 vm_area_struct，指向虚拟地址空间的不同的内存块，这个变量的名字叫 mmap。
struct mm_struct {
  struct vm_area_struct *mmap;    /* list of VMAs */
......
}
struct vm_area_struct {
  /*
   * For areas with an address space and backing store,
   * linkage into the address_space->i_mmap interval tree.
   */
  struct {
    struct rb_node rb;
    unsigned long rb_subtree_last;
  } shared;
  /*
   * A file's MAP_PRIVATE vma can be in both i_mmap tree and anon_vma
   * list, after a COW of one of the file pages.  A MAP_SHARED vma
   * can only be in the i_mmap tree.  An anonymous MAP_PRIVATE, stack
   * or brk vma (with NULL file) can only be in an anon_vma list.
   */
  struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_sem &
            * page_table_lock */
  struct anon_vma *anon_vma;  /* Serialized by page_table_lock */
  /* Function pointers to deal with this struct. */
  const struct vm_operations_struct *vm_ops;
  /* Information about our backing store: */
  unsigned long vm_pgoff;    /* Offset (within vm_file) in PAGE_SIZE
             units */
  struct file * vm_file;    /* File we map to (can be NULL). */
  void * vm_private_data;    /* was vm_pte (shared mem) */
其实内存映射不仅仅是物理内存和虚拟内存之间的映射，还包括将文件中的内容映射到虚拟内存空间。这个时候，访问内存空间就能够访问到文件里面的数据。而仅有物理内存和虚拟内存的映射，是一种特殊情况。
前面咱们讲堆的时候讲过，如果我们要申请小块内存，就用 brk。brk 函数之前已经解析过了，这里就不多说了。如果申请一大块内存，就要用 mmap。对于堆的申请来讲，mmap 是映射内存空间到物理内存。
另外，如果一个进程想映射一个文件到自己的虚拟内存空间，也要通过 mmap 系统调用。这个时候 mmap 是映射内存空间到物理内存再到文件。可见 mmap 这个系统调用是核心，我们现在来看 mmap 这个系统调用。
SYSCALL_DEFINE6(mmap, unsigned long, addr, unsigned long, len,
                unsigned long, prot, unsigned long, flags,
                unsigned long, fd, unsigned long, off)
{
......
        error = sys_mmap_pgoff(addr, len, prot, flags, fd, off >> PAGE_SHIFT);
......
}
SYSCALL_DEFINE6(mmap_pgoff, unsigned long, addr, unsigned long, len,
    unsigned long, prot, unsigned long, flags,
    unsigned long, fd, unsigned long, pgoff)
{
  struct file *file = NULL;
......
  file = fget(fd);
......
  retval = vm_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flags, pgoff);
  return retval;
}
如果要映射到文件，fd 会传进来一个文件描述符，并且 mmap_pgoff 里面通过 fget 函数，根据文件描述符获得 struct file。struct file 表示打开的一个文件。

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本文深入探讨了虚拟内存空间和物理页面管理的关联，重点介绍了mmap系统调用的实现过程以及用户态缺页异常的处理流程。首先解释了mmap的原理，强调了内存映射不仅涉及虚拟内存和物理内存的映射，还包括将文件内容映射到虚拟内存空间。详细解析了mmap系统调用的实现过程，包括get_unmapped_area函数的作用以及mmap_region函数的内部实现。介绍了用户态缺页异常的处理流程，包括在用户空间中找到访问地址所在的区域vm_area_struct，并调用handle_mm_fault来映射该区域。进一步分析了页表的创建过程，以及对于匿名页和映射到文件的处理方式。通过深入的技术细节和实现原理，为读者提供了对虚拟内存空间和物理页面管理关联的全面理解。

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活的潇洒
比起《深入浅出计算机组成原理》和《Linux性能优化实战》的篇幅本节花了三天，每天不少于2小时，才把笔记做完，估计老师也花费不少时间 day25笔记：https://www.cnblogs.com/luoahong/p/10916458.html
作者回复: 是啊是啊，理解万岁
2019-05-29
3
23
zzuse
我感觉学得很吃力，调用链太长了
作者回复: 忽略调用链，记住重点节点，调用链就是为了证明的确这样过去的
2019-05-24
2
18
LDxy
请问老师，内核里面这些复杂的机制的实现，在当初软件开发开始前有详细的设计文档的吗？分布在全球各地的开发者是如何能达成这种复杂设计的共识的呢？这些内核里的函数相互依赖又和底层硬件相关，是如何进行单元测试的呢？
作者回复: 可以参考一下开源软件的运作模式，要写设计，大牛review，通过后写代码，大牛组成委员会，看够不够资格合并进去，要合并进去就要有相应的测试用例，覆盖率等，有邮件列表，实时对话工具
2019-05-26
2
8
啦啦啦
这篇看了四五遍，都是看了一半就没看了，这是第一次全部看完这篇文章，发现后半部分比前面好理解
作者回复: 还是要坚持，一遍不行，再来一遍
2019-07-21

5
mooneal
难道堆中数据也是通过匿名映射来获取具体的物理地址？
作者回复: 对的
2020-05-21
2
2
玉剑冰锋
分配全局页目录项，赋值给mm_struct的pdg成员变量。这里应该是pgd吧老师？
作者回复: Page Global Directory,PGD，是的，老是倒
2019-05-28

1
一笔一画
请教下老师，内核线程的task struct上的mm为什么为空？另外看代码还有个active_mm，这个设计上有什么考虑吗？
作者回复: 内核线程没有用户地址空间。如果是用户进程，则两者一样。如果是内核线程，没有mm，active_mm指向此时用户态的地址空间。
2019-05-24
2
1
youyui
mmap可以将文件映射到内核态的虚拟内存空间吗？（据说NIO直接内存就是这么实现的）
作者回复: 内核就不是mmap了
2019-06-21

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skye
请问老师，malloc调用的也是mmap 吗？
作者回复: 大内存是的
2019-06-21

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Geek_49fbe5
老师，我们平时说的pss应该是指已经分配给进程的物理页面大小的总和吧？那如果运行中有部分页面被swap到了硬盘，此时的pss还把这部分大小算进去吗？
作者回复: 算进去了。
2019-06-01

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