Linuxカーネルのメモリ管理とメモリの割当て

カーネルのメモリ管理システムの機能によって管理している。

メモリの割当ては
– プロセスの生成時
– プロセス生成後、追加で動的にメモリ割当て(メモリ獲得用のシステムコール発動)

### 仮想メモリ
プロセスから見えるメモリを仮想メモリ
システムに搭載されている実際のアドレスを物理メモリと呼ぶ
仮想アドレスを用いて、間接的にアクセスさせる(プロセスから実際のメモリには直接アクセスしない)
=> 仮想アドレスのページテーブルに、物理アドレスのアドレスが入っている

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = NULL;
    puts("before invalid access");
    *p = 0;
    puts("after invalid access");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

$ ./main
before invalid access
Segmentation fault (core dumped)

### プロセスへのメモリ割当て
仮想アドレスと物理アドレスをマッピングして実行

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>

#define BUFFER_SIZE 1000
#define ALLOC_SIZE (100*1024*1024)

static char command[BUFFER_SIZE];

int main(void) {
    pid_t pid;

    pid = getpid();
    snprintf(command, BUFFER_SIZE, "cat /proc/%d/maps", pid);

    puts("*** memory map before memory allocation ***");
    fflush(stdout);
    system(command);

    void *new_memory;
    new_memory = mmap(NULL, ALLOC_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if (new_memory == (void *) -1)
        err(EXIT_FAILURE, "mmap() failed");

    puts("");
    printf("*** succeeded to allocate memory: address = %p; size = 0x%x ***\n", new_memory, ALLOC_SIZE);
    puts("");

    puts("*** memory map after memory allocation ***");
    fflush(stdout);
    system(command);

    if(munmap(new_memory, ALLOC_SIZE) == -1)
        err(EXIT_FAILURE, "munmap() failed");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

$ ./main
*** memory map before memory allocation ***
aaaabbfc0000-aaaabbfc1000 r-xp 00000000 fd:00 1125982 /home/vagrant/dev/work/stackmachine/main
aaaabbfd0000-aaaabbfd1000 r–p 00000000 fd:00 1125982 /home/vagrant/dev/work/stackmachine/main
aaaabbfd1000-aaaabbfd2000 rw-p 00001000 fd:00 1125982 /home/vagrant/dev/work/stackmachine/main
aaaac367f000-aaaac36a0000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
ffff8fed0000-ffff90058000 r-xp 00000000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff90058000-ffff90067000 —p 00188000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff90067000-ffff9006b000 r–p 00187000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff9006b000-ffff9006d000 rw-p 0018b000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff9006d000-ffff90079000 rw-p 00000000 00:00 0
ffff9008c000-ffff900b7000 r-xp 00000000 fd:00 788335 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ld-linux-aarch64.so.1
ffff900c1000-ffff900c3000 rw-p 00000000 00:00 0
ffff900c3000-ffff900c5000 r–p 00000000 00:00 0 [vvar]
ffff900c5000-ffff900c6000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
ffff900c6000-ffff900c8000 r–p 0002a000 fd:00 788335 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ld-linux-aarch64.so.1
ffff900c8000-ffff900ca000 rw-p 0002c000 fd:00 788335 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ld-linux-aarch64.so.1
ffffd9144000-ffffd9165000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]

*** succeeded to allocate memory: address = 0xffff89ad0000; size = 0x6400000 ***

*** memory map after memory allocation ***
aaaabbfc0000-aaaabbfc1000 r-xp 00000000 fd:00 1125982 /home/vagrant/dev/work/stackmachine/main
aaaabbfd0000-aaaabbfd1000 r–p 00000000 fd:00 1125982 /home/vagrant/dev/work/stackmachine/main
aaaabbfd1000-aaaabbfd2000 rw-p 00001000 fd:00 1125982 /home/vagrant/dev/work/stackmachine/main
aaaac367f000-aaaac36a0000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
ffff89ad0000-ffff8fed0000 rw-p 00000000 00:00 0
ffff8fed0000-ffff90058000 r-xp 00000000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff90058000-ffff90067000 —p 00188000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff90067000-ffff9006b000 r–p 00187000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff9006b000-ffff9006d000 rw-p 0018b000 fd:00 788338 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6
ffff9006d000-ffff90079000 rw-p 00000000 00:00 0
ffff9008c000-ffff900b7000 r-xp 00000000 fd:00 788335 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ld-linux-aarch64.so.1
ffff900c1000-ffff900c3000 rw-p 00000000 00:00 0
ffff900c3000-ffff900c5000 r–p 00000000 00:00 0 [vvar]
ffff900c5000-ffff900c6000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
ffff900c6000-ffff900c8000 r–p 0002a000 fd:00 788335 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ld-linux-aarch64.so.1
ffff900c8000-ffff900ca000 rw-p 0002c000 fd:00 788335 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ld-linux-aarch64.so.1
ffffd9144000-ffffd9165000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]