理解linux中反向映射与应用

反向映射的作用是根据物理页，找到全部相关进程的vma。

主要有两个结构，anon_vma_chain链表，和 anon_vma->rb_root红黑树

打个不恰当的比喻：可以简单认为，红黑树是用来读的（遍历找全部映射的vm_area），链表是用来写的（修改红黑树中节点的依据）

缺页异常

当通过mmap创建一个匿名的vm_area后（get_unmapped_area＋mmap_region），访问这个area中的页触发缺页异常处理（do_anonymous_page->anon_vma_prepare）进程时为vm_area创建一个anon_vma，并生成一个绑定anon_vma和vm_area的anon_vma_chain节点，放在vma_area->anon_vma_chain链表上和anon_area->rb_root红黑树上（anon_vma_chain_link）。

红黑树中存的是所有映射同一anon_vma的anon_vma_chain节点，链表存的是所有映射相同一vm_area的anon_vma_chain节点。

Fork

fork子进程时（fork->kernel_clone->copy_process->copy_mm->dup_mm->dup_mmap->anon_vma_fork），会调anon_vma_clone通过遍历anon_vma_chain来拷贝所有映射同一vm_area节点的anon_vma_chain到子进程的vm_area->anon_vma_chain上，然后分配一个自己的anon_vma节点（anon_vma_fork，这里如果父anon_vma节点已经没人引用了，也可以复用过来，不用自己创建），anon_vma->root指向最初的anon_vma，anon_vma->parent指向父进程的anon_vma。同时将绑定这个新anon_vma和自己vm_area的anon_vma_chain节点放在子进程的vm_area->anon_vma_chain上。

子进程的这个anon_vma_chain节点要加在父进程的anon_area->rb_root红黑树上，因为它映射anon_area与父进程的anon_area相同，如果要unmap父进程的anon_area中的物理页，需要通过红黑树找到子节点，并对子节点做unmap。同理，如果后面再fork孙进程的话，它引用的anon_area页可能是父进程anon_area原本的页，也可能是子进程后面通过copy on write创建的新anon_area页，但如果子进程vm_area发生过变化，则一定只出现在子红黑树上。所以既可能同时出现在子与父进程的红黑树上，又可能只出现在子红黑树上（取决于子进程的vm_area有没有发生过变化）。

子进程的这个anon_vma_chain节点还要加在子进程的anon_area->anon_vma_chain上，因为现在的vm_area与原来的vm_area还是一样的，当要改子进程的vm_area时，需要通过anon_vma_chain找到所有映射过这个vm_area的父vm_area节点，将自己的anon_vma_chain从父anon_area的红黑树中移除。同理，如果后面再fork孙进程的话，它引用的vm_area既可能与父子均相同，又可能只与子相同，但只需要拷贝子进程的anon_vma_chain上节点即可，因为子进程的anon_vma_chain上包含了父进程的anon_vma_chain（如果父子进程的vm_area内容一样的话）。

Copy on write

当子进程访问写保护页触发unshare类型的缺页异常时，处理函数中会重新分配物理页（handle_pte_fault->do_wp_page->wp_page_copy），并将物理页的mapping指向子进程的anon_area（folio_add_new_anon_rmap），并将vm_area对应的pte换掉。但不会改父进程的红黑树，虽然父进程的anon_area上的页不再与子进程的anon_area页相同了（为什么不改父进程的anon_vma_chain和红黑树呢？原因不清楚，但没有关系，在遍历父进程红黑树时（rmap_walk）会跳过这个已经COW的vm_area，因为它们的物理页范围没有交集（check_pte(pvmw)））。

应用

遍历anon_vma_chain

当改变vm_area时，需要找到所有引用这个vm_area的父vm_area和anon_area，将anon_vma_chain从它们的链表与红黑树中删除，后面fork的子进程将不再继承子进程之上的vm_area和anon_area。比如move_vma、copy_vma、free_pgtables、anon_vma_merge、vma_merge、vma_shrink、vma_expand、do_brk、split_vma。

遍历anon_area的红黑树

当需要修改anon_area对应的页表项（改物理地址，或改flag）时，需要找到所有anon_area引用过的子进程的vma，同时做同一件事。比如页迁移修改 pte，页回收清除pte，标记页为 accessed / young，查看一个页框folio_referenced等。