前面講了那麼多線性區底層分配的細節，現在讓我們討論怎樣分配一個新的線性地址區間。爲了做到這點，do_mmap()函數爲當前進程創建並初始化一個新的線性區。不過，分配成功之後，可以把這個新的線性區與進程已有的其他線性區進行合併。
static inline unsigned long do_mmap(struct file *file, unsigned long addr,
unsigned long len, unsigned long prot,
unsigned long flag, unsigned long offset)
{
unsigned long ret = -EINVAL;
if ((offset + PAGE_ALIGN(len)) < offset)
goto out;
if (!(offset & ~PAGE_MASK))
ret = do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flag, offset >> PAGE_SHIFT);
out:
return ret;
}
do_mmap()函數的參數比較多，我們來一一分解：
file和offset：如果新的線性區將把一個文件映射到內存，則使用文件描述符指針file和文件偏移量offset。這個主題將在回收頁框的相關專題進行討論。在這裏，我們假定不需要內存映射，所以file和offset都爲空（NULL和0）。
addr：這個線性地址指定從何處開始查找一個空閒的區間。
len：線性地址區間的長度。
prot：這個參數指定這個線性區所包含頁的訪問權限。可能的標誌有PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_EXEC和PROT_NONE。前三個標誌與標誌VM_READ、VM_WRITE及VM_EXEC的意義一樣。PROT_NONE表示進程沒有以上三個訪問權限中的任意一個。
flag：這個參數指定線性區的其他標誌：
MAP_GROWSDOWN、MAP_LOCKED、MAP_DENYWRITE和MAP_EXECUTABLE
它們的含義與“線性區數據結構”博文中所列出標誌的含義相同。
MAP_SHARED和MAP_PRIVATE
前一個標誌指定線性區中的頁可以被幾個進程共享；後一個標誌作用和兩個標誌都指向vm_area_struct描述符中的VM_SHARED標誌。
MAX_FIXED
區間的起始地址必須是由參數addr所指定的。
MAX_ANONYMOUS
沒有文件與這個線性區相關聯。
MAP_NORESERVE
函數不必預先檢查空閒頁框的數目。
MAP_POPULATE
函數應該爲線性區建立的映射提前分配需要的頁框。該標誌僅對映射文件的線性區和IPC共享的線性區有意義。
MAX_NONBLOCK
只有在MAP_POPULATE標誌置位時纔有意義：提前分配頁框時，函數肯定不阻塞。
我們看到do_mmap()函數對offset的值進行一些初步檢查，然後執行do_mmap_pgoff()函數。這裏假設新的線性地址區間映射的不是磁盤文件，僅對實現匿名線性區的do_mmap_pgoff()函數進行說明（mm/Mmap.c）：
unsigned long do_mmap_pgoff(struct file * file, unsigned long addr,
unsigned long len, unsigned long prot,
unsigned long flags, unsigned long pgoff)
{
struct mm_struct * mm = current->mm;
struct vm_area_struct * vma, * prev;
struct inode *inode;
unsigned int vm_flags;
int correct_wcount = 0;
int error;
struct rb_node ** rb_link, * rb_parent;
int accountable = 1;
unsigned long charged = 0, reqprot = prot;
/* 首先檢查參數的值是否正確，所提的請求是否能被滿足。尤其是要檢查以下不能滿足請求的條件：*/
if (file) { /* 如果是映射磁盤文件，則檢查： */
if (is_file_hugepages(file)) /* 是否是大塊文件 */
accountable = 0;
if (!file->f_op || !file->f_op->mmap) /* 文件必須有自己的mmap方法 */
return -ENODEV;
if ((prot & PROT_EXEC) && /* 文件必須是不可執行的 */
(file->f_vfsmnt->mnt_flags & MNT_NOEXEC))
return -EPERM;
}
/*
* Does the application expect PROT_READ to imply PROT_EXEC?
*
* (the exception is when the underlying filesystem is noexec
* mounted, in which case we dont add PROT_EXEC.)
* 上面的英文解釋看不懂，但是可以肯定是跟文件映射相關，不理睬*/
if ((prot & PROT_READ) && (current->personality & READ_IMPLIES_EXEC))
if (!(file && (file->f_vfsmnt->mnt_flags & MNT_NOEXEC)))
prot |= PROT_EXEC;
if (!len) /* 檢查len，如果是0則錯誤： */
return -EINVAL;
if (!(flags & MAP_FIXED)) /* 檢查flags，如果不是MAP_FIXED則說明區間的起始地址不是由參數addr所指定的： */
addr = round_hint_to_min(addr); /* 此時就需要把addr設置成mmap_min_addr */
error = arch_mmap_check(addr, len, flags); /* 執行一系列處理器相關檢查，x86體系爲空函數 */
if (error)
return error;
/* Careful about overflows.. 先做個頁面對齊調整，在檢測防止內存溢出*/
len = PAGE_ALIGN(len);
if (!len || len > TASK_SIZE)
return -ENOMEM;
/* offset overflow? 同樣檢查最後那個頁的頁內偏移是否有溢出，這裏爲0，當然不會啦*/
if ((pgoff + (len >> PAGE_SHIFT)) < pgoff)
return -EOVERFLOW;
/* Too many mappings? 進程已經映射了過多的線性區，因此mm內存描述符的map_count字段的值可能超過了允許的最大值*/
if (mm->map_count > sysctl_max_map_count)
return -ENOMEM;
/* Obtain the address to map to. we verify (or select) it and ensure
* that it represents a valid section of the address space.
* 上面的一系列檢查都通過了，那麼調用“線性區的底層處理”博文中的函數獲得新線性區的線性地址區間。
* 由於是非文件映射，所以最終調用的是current->mm->get_unmapped_area，
* 即執行內存描述符的get_unmapped_area方法
*/
addr = get_unmapped_area_prot(file, addr, len, pgoff, flags, prot & PROT_EXEC);
if (addr & ~PAGE_MASK)
return addr;
/* Do simple checking here so the lower-level routines won't have
* to. we assume access permissions have been handled by the open
* of the memory object, so we don't do any here.
* 通過把存放在prot和flags參數中的值進行組合來計算新線性區描述符的標誌：
*/
vm_flags = calc_vm_prot_bits(prot) | calc_vm_flag_bits(flags) |
mm->def_flags | VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE | VM_MAYEXEC;
/* 注意，只有在prot中設置了相應的PROT_READ、PROT_WRITE和PROT_EXEC標誌，
* calc_vm_prot_bits()函數纔在vm_flags中設置VM READ, VM WRITE和VM EXEC標誌；
* 只有在flags設置了相應的MAP_GROWSDOWN，MAP_DENYWRITE，MAP_EXECUTABLE和MAP_LOCKED標誌，
* calc_vm_flag_bits()也纔在VM_flags中設置VM_GROWSDOWN、VM_DENYWRITE、VM_EXECUTABLE和VM_LOCKED標誌。
* 在vm_flags中還有幾個標誌被置爲1：VM_MAYREAD、VM_MAYWRITE、VM_MAYEXEC，
* 在mm->def_flags中所有線性區的默認標誌，以及如果線性區的頁與其他進程共享時的VM_SHARED和VM_MAYSHARE。
*/
if (flags & MAP_LOCKED) {
if (!can_do_mlock())
return -EPERM;
vm_flags |= VM_LOCKED;
}
/* mlock MCL_FUTURE? */
if (vm_flags & VM_LOCKED) {
/* flag參數指定新線性地址區間的頁必須被鎖在RAM中，
* 但不允許進程創建上鎖的線性區，
* 或者進程加鎖頁的總數超過了保存在進程描述符signal-> rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur字段中的閾值。
*/
unsigned long locked, lock_limit;
locked = len >> PAGE_SHIFT;
locked += mm->locked_vm;
lock_limit = current->signal->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur;
lock_limit >>= PAGE_SHIFT;
if (locked > lock_limit && !capable(CAP_IPC_LOCK))
return -EAGAIN;
}
inode = file ? file->f_dentry->d_inode : NULL;
if (file) { /* 文件映射相關的處理 */
switch (flags & MAP_TYPE) {
case MAP_SHARED:
if ((prot&PROT_WRITE) && !(file->f_mode&FMODE_WRITE))
return -EACCES;
/*
* Make sure we don't allow writing to an append-only
* file..
*/
if (IS_APPEND(inode) && (file->f_mode & FMODE_WRITE))
return -EACCES;
/*
* Make sure there are no mandatory locks on the file.
*/
if (locks_verify_locked(inode))
return -EAGAIN;
vm_flags |= VM_SHARED | VM_MAYSHARE;
if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))
vm_flags &= ~(VM_MAYWRITE | VM_SHARED);
/* fall through */
case MAP_PRIVATE:
if (!(file->f_mode & FMODE_READ))
return -EACCES;
break;
default:
return -EINVAL;
}
} else {
switch (flags & MAP_TYPE) {
case MAP_SHARED:
vm_flags |= VM_SHARED | VM_MAYSHARE;
break;
case MAP_PRIVATE:
/*
* Set pgoff according to addr for anon_vma.
*/
pgoff = addr >> PAGE_SHIFT;
break;
default:
return -EINVAL;
}
}
error = security_file_mmap_addr(file, reqprot, prot, flags, addr, 0);
if (error)
return error;
/* Clear old maps */
error = -ENOMEM;
munmap_back:
/* 確定處於新區間之前的線性區對象的位置，以及在紅-黑樹中新線性區的位置： */
vma = find_vma_prepare(mm, addr, &prev, &rb_link, &rb_parent);
if (vma && vma->vm_start < addr + len) {
/* find_vmaprepare()函數也檢查是否還存在與新區間重疊的線性區。
* 這種情況發生在函數返回一個非空的地址，這個地址指向一個線性區，而該區的起始位置位於新區間結束地址之前的時候。
* 在這種情況下，調用do_munmap()刪除新的區間，然後重複整個步驟。
*/
if (do_munmap(mm, addr, len))
return -ENOMEM;
goto munmap_back;
}
/* Check against address space limit. */
if (!may_expand_vm(mm, len >> PAGE_SHIFT))
/* 檢查插人新的線性區是否引起進程地址空間的大小
* （mm->total_vm<<PAGE_SHIFT) + len超過存放在進程描述符signal->rlim[RLIMIT_AS].rlim_cur字段中的閾值。
* 如果是，就返回出錯碼-ENOMEM。注意，這個檢查只在這裏進行，而不在前面與其他檢查一起進行，
* 因爲一些線性區可能在剛纔調用do_munmap()時候被刪除。
*/
return -ENOMEM;
if (accountable && (!(flags & MAP_NORESERVE) ||
sysctl_overcommit_memory == OVERCOMMIT_NEVER)) {
/* 如果在flags參數中沒有設置MAP_NORESERVE標誌，新的線性區包含私有可寫頁，
* 並且沒有足夠的空閒頁框，則返回出錯碼-ENOMEM；這最後一個檢查是由security_vm_enough_memory()函數實現的。
*/
if (vm_flags & VM_SHARED) {
/* Check memory availability in shmem_file_setup? */
vm_flags |= VM_ACCOUNT;
} else if (vm_flags & VM_WRITE) {
/*
* Private writable mapping: check memory availability
*/
charged = len >> PAGE_SHIFT;
if (security_vm_enough_memory(charged))
return -ENOMEM;
vm_flags |= VM_ACCOUNT;
}
}
/*
* Can we just expand an old private anonymous mapping?
* The VM_SHARED test is necessary because shmem_zero_setup
* will create the file object for a shared anonymous map below.
* 如果新區間是私有的（沒有設置VM_SHARED），且映射的不是磁盤上的一個文件，
* 那麼，調用vma_merge()檢查前一個線性區是否可以以這樣的方式進行擴展來包含新的區間。
* 當然，前一個線性區必須與在vm_flags局部變量中存放標誌的那些線性區具有完全相同的標誌。
* 如果前一個線性區可以擴展，那麼，vma_merge()也試圖把它與隨後的線性區進行合併
* （這發生在新區間填充兩個線性區之間的空洞，且三個線性區全部具有相同的標誌的時候）。
* 萬一在擴展前一個線性區時獲得成功，則跳到out。
*/
if (!file && !(vm_flags & VM_SHARED) &&
vma_merge(mm, prev, addr, addr + len, vm_flags,
NULL, NULL, pgoff, NULL))
goto out;
/*
* Determine the object being mapped and call the appropriate
* specific mapper. the address has already been validated, but
* not unmapped, but the maps are removed from the list.
* 當然，如果沒有合併，則調用slab分配函數kmem_cache_alloc()爲新的線性區分配一個vm_area_struct數據結構。
*/
vma = kmem_cache_zalloc(vm_area_cachep, GFP_KERNEL);
if (!vma) {
error = -ENOMEM;
goto unacct_error;
}
/* 初始化新的線性區對象（由vma指向）： */
vma->vm_mm = mm;
vma->vm_start = addr;
vma->vm_end = addr + len;
vma->vm_flags = vm_flags;
vma->vm_page_prot = protection_map[vm_flags &
(VM_READ|VM_WRITE|VM_EXEC|VM_SHARED)];
vma->vm_pgoff = pgoff;
if (file) {
error = -EINVAL;
if (vm_flags & (VM_GROWSDOWN|VM_GROWSUP))
goto free_vma;
if (vm_flags & VM_DENYWRITE) {
error = deny_write_access(file);
if (error)
goto free_vma;
correct_wcount = 1;
}
vma->vm_file = file;
get_file(file);
error = file->f_op->mmap(file, vma);
if (error)
goto unmap_and_free_vma;
} else if (vm_flags & VM_SHARED) {
/* 如果MAP_SHARED標誌被設置（以及新的線性區不映射磁盤上的文件），則該線性區是一個共享匿名區：
* 調用shmem_zero_setup()對它進行初始化。共享匿名區主要用於進程間通信。
*/
error = shmem_zero_setup(vma);
if (error)
goto free_vma;
}
/* We set VM_ACCOUNT in a shared mapping's vm_flags, to inform
* shmem_zero_setup (perhaps called through /dev/zero's ->mmap)
* that memory reservation must be checked; but that reservation
* belongs to shared memory object, not to vma: so now clear it.
*/
if ((vm_flags & (VM_SHARED|VM_ACCOUNT)) == (VM_SHARED|VM_ACCOUNT))
vma->vm_flags &= ~VM_ACCOUNT;
/* Can addr have changed??
*
* Answer: Yes, several device drivers can do it in their
* f_op->mmap method. -DaveM
*/
addr = vma->vm_start;
pgoff = vma->vm_pgoff;
vm_flags = vma->vm_flags;
if (vma_wants_writenotify(vma))
vma->vm_page_prot =
protection_map[vm_flags & (VM_READ|VM_WRITE|VM_EXEC)];
if (!file || !vma_merge(mm, prev, addr, vma->vm_end,
vma->vm_flags, NULL, file, pgoff, vma_policy(vma))) {
file = vma->vm_file;
/* 調用vma_link()把新線性區插人到線性區鏈表和紅-黑樹中（參見前面“線性區的底層處理函數”博文）。*/
vma_link(mm, vma, prev, rb_link, rb_parent);
if (correct_wcount)
atomic_inc(&inode->i_writecount);
} else {
if (file) {
if (correct_wcount)
atomic_inc(&inode->i_writecount);
fput(file);
}
mpol_free(vma_policy(vma));
kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
}
out:
/* 增加存放在內存描述符total_vm字段中的進程地址空間的大小。 */
mm->total_vm += len >> PAGE_SHIFT;
vm_stat_account(mm, vm_flags, file, len >> PAGE_SHIFT);
if (vm_flags & VM_LOCKED) {
/* 如果設置了VM_LOCKED標誌，就調用make_pages_present()連續分配線性區的所有頁，並把它們鎖在RAM中：*/
mm->locked_vm += len >> PAGE_SHIFT;
make_pages_present(addr, addr + len);
/* make_pages_present()函數按如下方式調用get_user_pages()：
* write = (vma->vm_flags & VM_WRITE) != 0;
* get_user_pages(current, current->mm, addr, len, write, 0, NULL, NULL);
* get_user_pages()函數在addr和addr+len之間頁的所有起始線性地址上循環；
* 對於其中的每個頁，該函數調用follow_page()檢查在當前頁表中是否有到物理頁的映射。
* 如果沒有這樣的物理頁存在，則get_user_pages()調用handle_mm_fault()，
* 以後我們會看到，後一個函數分配一個頁框並根據內存描述符的vm_flags字段設置它的頁表項。
*/
}
if (flags & MAP_POPULATE) {
up_write(&mm->mmap_sem);
sys_remap_file_pages(addr, len, 0,
pgoff, flags & MAP_NONBLOCK);
down_write(&mm->mmap_sem);
}
/* 最後，函數通過返回新線性區的線性地址而終止。 */
return addr;
unmap_and_free_vma:
if (correct_wcount)
atomic_inc(&inode->i_writecount);
vma->vm_file = NULL;
fput(file);
/* Undo any partial mapping done by a device driver. */
charged = 0;
free_vma:
kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
unacct_error:
if (charged)
vm_unacct_memory(charged);
return error;