Przewodnik po plikach modułu "Pamięć"

Do tematu: Struktury danych

1. Wymiana pamięć-dysk, urządzenia wymiany

/linux/mm/swap.c - W pliku tym inicjalizowane są tymczasowo zmienne mówiące o tym, przy jakiej ilości stron należy zmieniać priorytety wymiany. Inicjalizacja ta nie jest ważna, bo przed  pierwszym użyciem są ponownie inicjalizowane w funkcji free_area_init w pliku page_alloc.c. Inicjalizowane są również parametry dotyczące wymiany. Są to: maksymalny wiek ramki (tzn. najmłodszy), o ile odmładzamy stronę przy odwołaniu do niej, o ile postarzamy stronę przy odwołaniu do niej.

• struct swap_info_struct - Struktura informacji o urządzeniu wymiany.
• unsigned long in_swap_cache(unsigned long index) - Funkcja ta zwraca klucz identyfikujący stronę na urządzeniu wymiany lub 0, gdy strony z ramki o numerze index nie ma na urządzeniu wymiany.
• long find_in_swap_cache(unsigned long index) - Funkcja ta zwraca klucz identyfikujący stronę na urządzeniu wymiany lub 0, gdy strony z ramki o numerze index nie ma na urządzeniu wymiany i jednocześnie w miejsce starego klucza wstawia 0 (tak jakby strony nie było na urządzeniu wymiany).
• int delete_from_swap_cache(unsigned long index) - Funkcja usuwająca stronę ze swap cache i jednocześnie usuwająca ją z urządzenia wymiany.

• void show_swap_cache_info(void) - Funkcja ta wypisuje informacje statystyczne o wykorzystaniu swap_cache.
• int add_to_swap_cache(unsigned long index, unsigned long entry) - Funkcja dodaje stonę w ramce o indeksie index umieszczoną na urządzeniu wymiany w miejscu oznaczonym kluczem entry do "do swap cache".
• unsigned long init_swap_cache(unsigned long mem_start, unsigned long mem_end) - W funkcji tej inicjalizujemy tablicę swap_cache, tak aby miała wielkość równą liczbie ramek w systemie, zerujemy tą tablicę; tablica swap_cache będzie zaczynać się od słowa następnego wolnego po mem_start; funkcja zwraca pierwszy wolny adres za swap_cache .
• void swap_duplicate(unsigned long entry) - W funkcji tej zwiększamy ilość odwołań do strony o kluczu entry na urządzeniu wymiany.

• int scan_swap_map(struct swap_info_struct *si) - Funkcja ta zwraca offset wolnego miejsca na urządzeniu wymiany *si lub 0, gdy z jakiśœ powodów nie można przydzielić wolnego miejsca.
• unsigned long get_swap_page(void) - Funkcja ta zwraca offset wolnego miejsca na jednym z urządzeń wymiany lub 0, gdy z pewnych powodów nie można przydzielić wolnego miejsca.
• void swap_free(unsigned long entry) - Funkcja zwalnia miejsce o kluczu entry na odpowiednim (informacja o którym jest zawarta w entry) urządzeniu wymiany.
• int unuse_pte(struct vm_area_struct * vma, unsigned long address, pte_t *dir, unsigned int type, unsigned long page) - Funkcja sprawdza, czy strona *dir jest wymieciona na urządzenie wymiany identyfikowane przez type i jeśli tak, to zapisuje tę stronę do ramki page i zwraca 1. Wpp. zwraca 0.
• int unuse_pmd(struct vm_area_struct * vma, pmd_t *dir, unsigned long address, unsigned long size, unsigned long offset, unsigned int type, unsigned long page) -Funkcja przegląda katalog stron *dir znajdujący się w bloku pamięci vma, z katalogu tablic stron drugiego poziomu *pgdir, od adresu address do address + size , o przesunięciu w katalogu tablic stron drugiego poziomu offset i jeśli znajdzie stronę, która jest wymieciona na urządzenie wymiany identyfikowane przez type, to wczytuje ją do ramki page i zwraca 1, wpp zwraca 0.
• int unuse_pgd(struct vm_area_struct * vma, pgd_t *dir, unsigned long address, unsigned long size, unsigned int type, unsigned long page) - Funkcja przegląda katalog tablic stron drugiego poziomu dir od adresu address do address + size i jeśœli znajdzie stronę, która jest wymieciona na urządzenie wymiany identyfikowane przez type, to wczytuje ją do ramki page i zwraca 1, wpp zwraca 0 .
• int unuse_vma(struct vm_area_struct * vma, pgd_t *pgdir, unsigned long start, unsigned long end, unsigned int type, unsigned long page) - Funkcja przegląda katalog tablic stron pierwszego poziomu pgdir od adresu start do end i jeśli znajdzie stronę, która jest wymieciona na urząœdzenie wymiany identyfikowane przez type, to wczytuje ją do ramki page i zwraca 1, wpp zwraca 0.
• int unuse_process(struct mm_struct * mm, unsigned int type, unsigned long page) - Funkcja przegląšda strony procesu, którego struktura informacji o pamięci jest *mm i jeœśli znajdzie stronę, która jest wymieciona na urzšądzenie wymiany identyfikowane przez type, to wczytuje jąš do ramki page i zwraca 1, wpp zwraca 0.
• int try_to_unuse(unsigned int type) - Funkcja probujšąca zwolnić dane z urzšądzenia wymiany identyfikowanego przez type. Funkcja przegląšda tablice procesów i po kolei dla każdego procesu zwalnia jego strony, które sąš na urządzeniu wymiany przepisująšc je do ramek pobieranych z systemu. Zwraca 0, gdy działanie kończy się bez błędów, lub zwraca -ENOMEM w przypadku błędu.
• int sys_swapoff(const char * specialfile) -Funkcja odłączašjąca urządzenie wymiany, które operuje na pliku specjalnym *specialfile .
• int sys_swapon(const char * specialfile, int swap_flags) - Funkcja dołšączająšca urząšdzenie wymiany *specialfile do systemu.
• void si_swapinfo(struct sysinfo *val) - Funkcja wypełniająšca strukturę *val informacjami statystycznymi o działaniu urząšdzeń wymiany.

• int try_to_swap_out(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct* vma, unsigned long address, pte_t * page_table, int dma, int wait, int can_do_io) - Funkcja próbująšca zwolnić jednąš stronę z pamięci nie bedąšcej pamięcišą dzielonąš używanąš przez proces *tsk, mieszcząšcąš się w obszarze wirtualnej pamięci vma w tablicy stron w miejscu page_table.
• int swap_out_pmd(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct * vma, pmd_t *dir, unsigned long address, unsigned long end, int dma, int wait, int can_do_io) - Funkcja próbujšąca zwolnić jednšą stronę z pamięci nie będšącej pamięciąš dzielonšą ani pamięciąš używanšą na mapowanie plików używanąš przez proces *tsk, mieszcząšcąš się w obszarze wirtualnej pamięci vma w katalogu tablic stron pgd .
• int swap_out_pgd(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct * vma, pgd_t *dir, unsigned long address, unsigned long end, int dma, int wait, int can_do_io) - Funkcja próbująšca zwolnić jednšą stronę z pamięci nie będšącej pamięciąš dzielonąš ani pamięciąš używanšą na mapowanie plików używanąš przez proces *tsk, mieszcząšcąš się w obszarze wirtualnej pamieci vma w katalogu tablic stron dir.
• int swap_out_vma(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct * vma, pgd_t *pgdir, unsigned long start, int dma, int wait, int can_do_io) - Funkcja próbujšca zwolnić jednšą stronę z pamięci nie będšącej pamięciąš dzielonąš ani pamięciąš używanšą na mapowanie plików używanšą przez proces *tsk, mieszcząšcąš się w obszarze wirtualnej pamięci vma.
• int swap_out_process(struct task_struct * p, int dma, int wait, int can_do_io) - Funkcja próbująšca zwolnić jednšą stronę z pamięci nie będšącej pamięciąš dzielonąš używanšą przez proces p.
• int swap_out(unsigned int priority, int dma, int wait, int can_do_io) - Funkcja próbujšąca zwolnić jednąš stronę z pamięci nie będąšcej pamięciąš dzielonąš.
• int try_to_free_page(int priority, int dma, int wait) - Funkcja próbująšca zwolnić jednąš stronę.
• int kswapd(void *unused) - Funkcja będšąca demonem wymiany
• void swap_tick(void) - Funkcja wołana przy każdym tyknięciu zegara demona wymiany - decyduje o tym, czy zbudzić demona wymiany, czy też nie.
• void init_swap_timer(void) - Funkcja inicjalizująšca zegar budząšcy demona wymiany.

• int generic_file_mmap(struct inode * inode, struct file * file, struct vm_area_struct * vma) - Powyższa funkcja wpisuje inode do vma->vm_inode i zwiększa licznik dowiązań i-węzła. Inicjuje strukturę funkcji obsługi stronicowania na "file_shared_mmap" dla obszarów dzielonych lub na "file_private_mmap" dla prywatnych.

• unsigned long do_mmap(struct file * file, unsigned long addr, unsigned long len, unsigned long prot, unsigned long flags, unsigned long off) - Funkcja ta przydziela pamięć na nową strukturę typu vm_area_struct, następnie ją inicjalizuje. Zwalnia poprzednie obszary o zachodzących adresach. Wywołuje funkcję charakterystyczną dla danego systemu plików i kończy inicjalizowanie struktury typu vm_area_struct. Zwracany jest przydzielony adres lub odpowiedni kod błędu.
• int do_munmap(unsigned long addr, size_t len) - Funkcja ta wyjmuje odpowiednią strukturę vm_area_struct ze zbioru, następnie wywołuje funkcję specyficzną dla danej struktury i zwalnia strony oraz pamięć jądra używaną przez vm_area_struct.

• pte_t shm_swap_in(struct vm_area_struct * shmd, unsigned long offset, unsigned long code) -
• int shm_swap (int prio, int dma) -

• struct shm_info - Struktura ta wykorzystywana jest przy przekazywaniu informacji o pamięci dzielonej podczas operacji shmctl.
• struct shminfo - Struktura ta wykorzystywana jest przy przekazywaniu informacji o pamięci dzielonej podczas operacji shmctl.

• int do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long usp, struct pt_regs *regs) - Główna funkcja tworzšąca nowy proces wywoływana przez sys_fork.
• int copy_mm(unsigned long clone_flags, struct task_struct * tsk) - Funkcja tworzšąca struktury nowego procesu dotycząšce pamieci wirtualnej.
• int dup_mmap(struct mm_struct * mm) - Funkcja tworząšca listę i drzewo AVL struktur vm_area_struct, dokładnie: kopiująšca struktury opisująšce pamieć wirtualnąš procesu.

• void copy_page(unsigned long from, unsigned long to) - Funkcja kopiujšąca ramkę ze szczególnym potraktowaniem przypadku kopiowania "ramki zerowej".
• void free_one_pmd(pmd_t * dir) - Funkcja ta po sprawdzeniu poprawności ramki zwalnia jąš wywołująšc funkcję "pte_free" z pliku pgtable.h , która z kolei nie robi nic innego, jak tylko wywołuje funkcję "free_page" z pliku page_alloc.c - funkcję rzeczywiœście zwalniająšcąš ramki.
• void free_one_pgd(pgd_t * dir) - Funkcja ta działa analogicznie jak poprzednia, z tym, że zwalnia strukturę o poziom wyższąš.
• void clear_page_tables(struct task_struct * tsk) - Funkcja ta zwalnia wszystkie ramki (z poziomu użytkownika) danego procesu.
• void free_page_tables(struct mm_struct * mm) - Funkcja ta zachowuje się analogicznie jak poprzednia, z tym, że dodatkowo zmienia elementy katalogu ramek procesu na element katalogu ramek jąšdra i zwalnia dotychczas zajmowany. Używana przy kończeniu procesu.
• int new_page_tables(struct task_struct * tsk) - Funkcja ta tworzy nowy katalog stron dla procesu.
• void copy_one_pte(pte_t * old_pte, pte_t * new_pte, int cow) - Funkcja ta kopiuje pojedyncząš ramkę. Jeœśli funkcja zostanie wywołana z argumentem cow różnym od zera to ramka, do której kopiujemy zostanie oznaczona jako tylko-do-odczytu i ewentualna próba pisania do niej spowoduje wywołanie błędu ochrony strony.
• int copy_pte_range(pmd_t *dst_pmd, pmd_t *src_pmd, unsigned long address, unsigned long size, int cow) - Funkcja ta kopiuje ramki z podanego przedziału. Adres ramki nie jest podany jawnie jak w poprzedniej funkcji. Podany jest adres tablicy ramek, do której ramka należy (*src_pmd) i przesunięcie (offset) począštkowej ramki względem tego adresu. Wielkośœć fragmentu do skopiowania okreśœlona jest argumentem size.
• int copy_pmd_range(pgd_t *dst_pgd, pgd_t *src_pgd, unsigned long address, unsigned long size, int cow) - Funkcja ta działa analogicznie jak poprzednia, z tym, że kopiowane sąš nie strony, a tablice stron (pmd).
• int copy_page_range(struct mm_struct *dst, struct mm_struct *src, struct vm_area_struct *vma) - Funkcja analogiczna do copy_pte_range z tym, że tamta kopiowała spójny fragment pamięci fizycznej, a ta kopiuje spójny fragment pamięci wirtualnej.
• void free_pte(pte_t page) - Funkcja zwalnia ramkę (wywołując free_page), jeżeli ramka istnieje i ma utawiony bit _PAGE_PRESENT, następnie zmniejszana jest liczba ramek procesu, do którego ta ramka należała , jeśœli proces miał jeszcze jakieśœ ramki.Ramka zostaje usunięta z pamięci (funkcja swap_free ) w każdym przypadku.
• void zap_pte_range(pmd_t * pmd, unsigned long address, unsigned long size) - Usuwa wszystkie ramki z podanego przedziału. Przedział okreœślony jak w funkcji copy_pte_range.
• void zap_pmd_range(pgd_t * dir, unsigned long address, unsigned long size) - Funkcja zupełnie analogiczna do copy_pmd_range.
• int zap_page_range(struct mm_struct *mm, unsigned long address, unsigned long size) - Funkcja usuwa z pamięci strony z podanego zakresu.

• struct free_area_struct free_area[NR_MEM_LISTS] - Tablica zawierająšca począštki cyklicznych list spójnych wolnych obszarów pamięci. Lista o począštku free_area[i] zawiera spójne obszary wielkośœci PAGE_SIZE*(2ⁱ).
• void free_pages_ok(unsigned long map_nr, unsigned long order) ,
• void __free_page(struct page *page) ,
• void free_pages(unsigned long addr, unsigned long order) - Trzy powyższe funkcje służšą do zwalniania ramek pamięci. Funkcja __free_page(struct page *page) - zwalnia jednšą ramkę , natomiast funkcja free_pages (unsigned long addr, unsigned long order) - zwalnia spójny obszar pamięci złożony z 2^(order) ramek o adresie poczšątkowym addr; obie wywołująš funkcję free_pages_ok realizująšcąš strategię "buddy".
• unsigned long __get_free_pages(int priority, unsigned long order, int dma) - Funkcja służšąca do pobierania ramek. Realizuje ona strategię "buddy".
• void show_free_areas(void) - Funkcja obliczająšca ilośœć dostępnej wolnej pamięci oraz jej procentowšą fragmentację.
• unsigned long free_area_init(unsigned long start_mem, unsigned long end_mem) - Funkcja uruchamiana podczas startu systemu. Inicjuje struktury służąšce do zarząšdzania ramkami.

• struct vm_area_struct - Struktura służąšca do obsługi wirtualnej przestrzeni adresowej.Pamięć wirtualna procesu reprezentowana jest przez listę i drzewo AVL struktur vm_area_struct opisująšcych przyznane procesowi spójne obszary wirtualnej przestrzeni adresowej.
• struct vm_operations_struct - Struktura zawierajšąca funkcje obsługująšce strukturę vm_area_struct.
• struct page - Struktura zawierająšca informacje o poszczególnych ramkach.

• void touch_page(struct page *page) - Funkcja odmładzająca ramki.
• void age_page(struct page *page) - Funkcja postarzająca ramki.
• void age_of(unsigned long addr) - Funkcja zwracająca wiek ramki o adresie: addr.
• void set_page_new(unsigned long addr) -Funkcja inicjująšca wiek ramki jako PAGE_INITIAL_AGE.

• void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code) - Funkcja ta niemal bezpośrednio obsługuje przerwanie błędu strony.Argumenty to wskaźŸnik do kopii zawartości rejestrów w momencie powstania wyjąštku oraz kod błędu.Pierwsze trzy bity kodu błędu informujšą czy nastąšpił błąšd braku strony, czy ochrony strony, to determinuje czy wołana jest funkcja obsługi ochrony, czy braku strony.

• void do_wp_page(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct * vma, unsigned long address, int write_access) - Funkcja ta jest wywoływana przez niskopoziomowy handler "do_page_fault" w przypadku, gdy wystąšpiło odwołanie do strony, do której proces nie ma praw zapisu. Ma to miejsce w przypadku, gdy strona pamięci jest dzielona lub została niedawno wykonana operacja fork() i nie zostały fizycznie skopiowane strony procesu macierzystego do potomnego.
• void do_swap_page(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct * vma, unsigned long address, pte_t * page_table, pte_t entry, int write_access) -Funkcja wczytuje strony z dysku.
• void do_no_page(struct task_struct * tsk, struct vm_area_struct * vma, unsigned long address, int write_access) - Funkcja ta jest wywoływana przez niskopoziomowy handler "do_page_fault" w przypadku, gdy wystapiło odwołanie do strony, której jeszcze nie ma w pamięci. Jest to wielka rozdzielnia, która sprawdza stan ramki w pamieci i w zależności od tego wywołuje odpowiednie akcje: 1. jeśli strona znajduje się w pamięci (przydzielona innemu procesowi) następuje uaktualnienie deskryptora strony, jeśli strona jest dostępna na urząšdzeniu wymiany następuje wczytanie strony z dysku, jeśli strona jest niezainicjalizowana następuje pobranie nowej strony z puli systemu i uaktualnienie deskryptorów).

• struct size_descriptor sizes[]- Tablica zawierająca początki list wolnych obszarów pamięci ramek, które moduł odpowiedzialny za przydział pamięci dla jądra otrzymał od modułu zarządzającego ramkami. Lista o początku sizes[i] zawiera obszary pamięci rozmiaru 2⁽ⁱ⁺⁵⁾.
• struct block_header - Struktura opisująca pojedynczy blok przydzielany jądru.
• struct page_descriptor - Struktura opisująca pojedynczy element listy, której dowiązanie do początku przechowuje element sizes[i].
• void* kmalloc(int size, int priority) - Funkcja przydzielająšcaš jšądru obszar pamięci rozmiaru size.Przegląšda tablicę SIZES w poszukiwaniu odpowiedniego obszaru lub żąda przydziału ramki pamięci, z której wycina odpowiedni obszar, a resztę zapamiętuje w tablicy SIZES.
• int kfree(void * __ptr) - Funkcja zwalniająšcaš obszar pamięci wskazywany przez argument __ptr.