反向映射机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/rmap.c、page_vma_mapped.c
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

---

目录

• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、与其它子系统协作
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

---

一、原理

1.1 正向 vs 反向映射

方向	含义	典型用途
正向	虚拟地址 → PTE → 物理页	进程访问内存
反向	物理页 → 所有映射它的 PTE	回收、迁移、写回、解除映射

无 rmap 时，内核无法知道某 物理页 还被哪些进程映射，不能安全回收或迁移。

1.2 两类映射

匿名页（堆、栈、匿名 mmap）：

• 通过 anon_vma / anon_vma_chain 挂到相关 VMA
• fork 后树状共享 anon_vma

文件页（page cache）：

• 通过 address_space->i_mmap（interval tree）记录所有 mmap 该文件的 VMA
• 每个 VMA 内再用页表遍历

1.3 锁顺序

rmap.c 文件头定义 MM 全局 锁顺序（mmap_lock → inode/i_mmap → page lock → anon_vma → pte lock → lru_lock）。违反易死锁。

---

二、实现方式

2.1 遍历映射：page_vma_mapped_walk

page_vma_mapped.c 提供 page_vma_mapped_walk：

• 在指定 VMA 的页表范围内查找 指向目标 pfn 的 PTE
• 支持 THP、PMD 映射等层级

rmap 中 try_to_unmap_one、page_mkclean 等均依赖此 walker。

2.2 匿名 VMA 建立

• anon_vma_prepare / __anon_vma_prepare：首次映射匿名页时创建 anon_vma
• anon_vma_fork：fork 复制/合并 anon_vma 树
• anon_vma_init：启动期初始化 slab cache

2.3 解除映射：try_to_unmap

回收路径调用 try_to_unmap(folio, flags)：

• 文件页：遍历 mapping->i_mmap 中 VMA
• 匿名页：遍历 folio_anon_vma(folio) 链
• 对每个 VMA 调用 try_to_unmap_one：

static bool try_to_unmap_one(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
		// ...
	while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
		// 清除 PTE 或换出
	}

flags 含 TTU_IGNORE_MNU、TTU_BATCH_FLUSH 等。

2.4 写回与 COW 辅助

函数	作用
page_mkclean	清除 PTE 写位，用于文件页回收前写回
try_to_migrate	迁移专用 unmap
page_referenced	检查 PTE young 位，供回收参考

2.5 TLB flush

unmap 后通过 flush_tlb_batched_pending / mmu_notifier 通知架构刷新 TLB。

---

三、关键数据结构与接口

结构/接口	说明
struct anon_vma	匿名页反向映射根
struct anon_vma_chain	VMA 与 anon_vma 关联
struct address_space.i_mmap	文件 mmap 区间树
try_to_unmap	回收 unmap
page_vma_mapped_walk	PTE 遍历器

---

四、与其它子系统协作

• 07 回收：必须先 unmap 才能释放 file/anon 页
• 09 CMA / migrate：migrate_pages 需 rmap 协助
• 04 缺页：建立映射时注册 anon_vma / i_mmap

---

五、调试与观测

• 死锁排查：对照 rmap.c 锁顺序与持有锁的栈
• CONFIG_DEBUG_VM_RB 等选项可校验 interval tree

---

附录：源码索引

主题	文件	约略行号
try_to_unmap_one	rmap.c	1470
anon_vma_init	rmap.c	459
page_vma_mapped_walk	page_vma_mapped.c	全文