Mmap Internals

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Mmap Internals

Author: Tony

 

1.    Why write memory which is mmaped from file can be blocked?

最近在调试一个应用层程序的时候发现，尝试修改一个内存变量居然可能会耗时几百ms。这个变量对应的内存是mmap的一个文件，并且这个文件确定已经在pagecache中。

 

我和我的小伙伴们都迷惑了。。。

2.    mmap syscall

这里以SLES11 SP2 3.0.80内核，ext4文件系统为例。ext4文件系统file_operations=ext4_file_operations，对应的mmap函数为ext4_file_mmap.

 

mm/mmap.c mmap_pgoff---->do_mmap_pgoff---->mmap_region---->file->f_op->mmap---->ext4_file_mmap---->vma->vm_ops = &ext4_file_mmap.

设置vm_ops.fault=filemap_fault; vm_ops.page_mkwrite=ext4_page_mkwrite

 

3.    write for first time

第一次写相应的页面的使用，由于页面还没有到内存中，所有会触发缺页异常

do_page_fault-->handle_mm_fault-->handle_pte_offset

因为vma->vm_ops不为空，所以进入 do_linear_fault

 

do_linear_fault---->__do_fault---->vma->vm_ops->fault---->filemap_fault

这里等待从磁盘读取页面到pagecache。处理完成后，由于使用SHARED模式mmap，所以会进入vma->vm_ops->page_mkwrite

 

vma->vm_ops->page_mkwrite---->ext4_page_mkwrite

这里会lock_page()和wait_on_page_writeback()，如果恰好页面被其他进程锁定或者正在写回，那么会block，由于是第一次读取页面，所以一般不会在这里block。

4.    page writeback

write_cache_pages---->clear_page_dirty_for_io---->page_mkclean---->page_mkclean_file---->page_mkclean_one---->pte_wrprotect

这里会将正在写回的页置为写保护，当页面回写完成后清除标志。

5.    write page which is writebacking

由于页面被回写线程置为写保护，对页面的写操作同样会触发do_page_fault，从而走到上面的流程。

do_page_fault---->handle_mm_fault--->handle_pte_fault

在handle_pte_fault中有如下代码：

if （flags & FAULT_FLAG_WRITE） {

            if(!pte_write(entry))

                   return do_wp_page(mm, …)

entry = pte_mkdirty(entry);

}

 

如果用户尝试写页面（FLAULT_FLAG_WRITE），并且pte是写保护的，那么就会调用do_wp_page，而do_wp_page里面会对写且共享的vma的页面调用page_mkwrite。

 

page_mkwrite里面会调用lock_page和wait_on_page_writeback()，从而导致等待页面写回后才可以完成写操作。

6.    mmap manual

如果使用SHARE共享模式mmap文件，那么对这块内存的操作是无法保证实时性的。如果磁盘io比较大，可能导致回写页面耗费几百ms，对应的内存操作也就会被block几百ms。