一篇看懂|Linux内核反向映射机制原理
当内核需要对申请的page进行回收时，在回收页表前需要解除该page的映射关系，即内核需要知道这个物理页被映射到了哪些进程虚拟地址空间，因此就有了反向映射机制。反向映射一般分为匿名页映射和文件页映射，本文先介绍匿名页反向映射。
基本数据结构
page结构体中涉及反向映射的相关成员
mapping 因为指针变量是4个字节，因此可以用最后两位来区分不同的映射。对于匿名映射，最低位为PAGE_MAPPING_ANON，指向anon_vma结构体，每个匿名页对应唯一的anon_vma;对于文件映射而言，指向address_space结构体。
index表示页偏移，对于匿名映射，index 表示page在vm_areat_struct指定的虚拟内存区域中的页偏移;对于匿名映射，index表示物理页中的数据在文件中的页偏移。
_mapcount 记录该页面被映射到了多少个vm_struct虚拟内存区域。注意和mm_struct结构体中的map_count做区分，map_count表示mm_strcut中有多少个vm_struct区域。
一般struct anon_vma称为AV，struct anon_vma_chain称为AVC，struct vm_area_struct称为VMA，page找到VMA的路径一般如下：page->AV->AVC->VMA，其中AVC起到桥梁作用，至于为何需要AVC，主要考虑当父进程和多个子进程同时拥有共同的page时的查询效率，具体对比2.6版本时的实现方式。
结构anon_vma
结构anon_vma_chain
struct vm_struct中相关成员
上面几个结构体的关系大致如下：
page通过mapping找到VMA，VMA 遍历自己管理的红黑树rb_root，找到树上的每个节点AVC，AVC通过成员指针anon_vma找到对应的VMA，这个过程就完成了页表映射查找。需要注意的几点：
1.VMA中也有链表anon_vma_chain管理各个AVC，这里主要用在父子进程之间的管理，下文会详细介绍。
2.VMA中有成员指针成员anon_vma，同时AVC中也有成员指针anon_vma，VAC起到桥梁作用所以可以指向VMA和AVC，那VMA中为何又需要指向AV呢？进程创建的流程中一般都是新建AV，然后创建AVC及AMV，然后调用anon_vma_chain_link建立三者之间的关系，但是当一个VMA没有对应页的时候，此时触发pagefault，这里可以快速判断VMA有没有对应的页面。
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常用接口
anon_vma_chain_link 1.将VAC中的vma和anon_vma分别指向VMA和AV; 2.将AVC加入到VMA的anon_vma_chain链表上; 3.将AVC加入到AV的rb_root红黑树上，通常都是通过遍历这个红黑树找到所有的AVC;
代码实现
反向映射跟父子进程的写时拷贝有关系，所以先从父子进程创建时对AV，AVC，VMA的创建开始讲。
1.父进程创建匿名页面
当触发pagefault的时候走到handle_pte_fault中，anon_vma_prepare中负责创建AVC和AV并建立彼此的关系;真正将创建的page与av关联在__page_set_anon_map中完成。这样的话父进程新建的page在自己的反向映射中的关系就算完成了。
至于index的含义看linear_page_index的实现应该就明白了。
2.父进程创建子进程
当父进程创建子进程的时候，子进程会复制父进程的VMA作为自己的进程地址空间，并且父子进程共享相同的页面，知道子进程往自己的地址空间写数据，这就是所谓的COW。这种情况需要完成两件事情：1.子进程需要继承父进程的AVC，AV，VMA及三者之间的关系;2.创建自己的AV，AVC，VMA。
以上实现流程在dup_mm->dup_mmap->anon_vma_fork中完成。
dup_mmap中就是组个创建子进程的VMA，并复制父进程对应VMA的信息
anon_vma_clone中新建了AVC，将子进程的VMA关联到父进程的AV中，所以父进程AV的rb树上就有了子进程的AVC，通过遍历父进程AV的rb树就能找到子进程的VMA。一个VMA可以包含多个页面，但是该区域内的所有页面只需要一个AV来反向映射即可。
具体anon_vma_clone代码如下
3.子进程发生cow，创建自己的匿名页面
当新创建的子进程写数据时触发pagefault，在wp_page_copy中会创建新的page，此时创建的AV和AVC管理子进程自己的VMA
4.页面回收，解除映射
物理页回收时通过调用try_to_unmap解除一个page的页表映射。对于匿名页面解除映射而言，走
try_to_unmap->rmap_walk->rmap_walk_anon流程。
rmap_one指向try_to_umap_one，该函数内容比较复杂，这里只截取了页表项解除的操作。
原文作者：Linux内核那些事
