5分钟学会两年经验Linux运维都不懂的内核问题

我们先来看下 tmpfs ，tmpfs 和 procfs，sysfs 以及 ramfs 一样，都是基于内存的文件系统，tmpfs 和 ramfs 的区别就是 ramfs 的文件基于纯内存的，和 tmpfs 除了纯内存外，还会使用 swap 交换空间，以及 ramfs 可能会把内存耗尽，而 tmpfs 可以限定使用内存大小，可以用命令 df -T -h 查看系统一些文件系统，其中就有一些是 tmpfs，比较出名的是目录 /dev/shm

tmpfs 文件系统源文件在内核源码 mm/shmem.c，tmpfs实现很复杂，之前有介绍虚拟文件系统，基于 tmpfs 文件系统创建文件和其他基于磁盘的文件系统一样，也会有 inode，super_block，identry，file 等结构，区别主要是在读写上，因为读写才涉及到文件的载体是内存还是磁盘。

而 tmpfs 文件的读函数 shmem_file_read，过程主要为通过 inode 结构找到 address_space 地址空间，其实就是磁盘文件的 pagecache，然后通过读偏移定位cache 页以及页内偏移。

这时就可以直接从这个 pagecache 通过函数 __copy_to_user 将缓存页内数据拷贝到用户空间，当我们要读物的数据不pagecache中时，这时要判断是否在 swap 中，如果在则先将内存页 swap in，再读取。

tmpfs 文件的写函数 shmem_file_write，过程主要为先判断要写的页是否在内存中，如果在，则直接将用户态数据通过函数__copy_from_user拷贝至内核pagecache中覆盖老数据，并标为 dirty。

如果要写的数据不再内存中，则判断是否在swap 中，如果在，则先读取出来，用新数据覆盖老数据并标为脏，如果即不在内存也不在磁盘，则新生成一个 pagecache 存储用户数据。

由上面分析，我们知道基于 tmpfs 的文件也是使用 cache 的，我们可以在/dev/shm上创建一个文件来检测下:

看到了吧，cache 增长了1G，验证了 tmpfs 的确使用的 cache 内存。

其实 mmap 匿名映射原理也是用了 tmpfs，在 mm/mmap.c->do_mmap_pgoff 函数内部，有判断如果 file 结构为空以及为 SHARED 映射，则调用 shmem_zero_setup(vma) 函数在 tmpfs 上用新建一个文件

这里就解释了为什么共享匿名映射内存初始化为0了，但是我们知道用 mmap 分配的内存初始化为0，就是说 mmap 私有匿名映射也为0,那么体现在哪了?

这个在 do_mmap_pgoff 函数内部可没有体现出来，而是在缺页异常，然后分配一种特殊的初始化为0的页。

那么这个 tmpfs 占有的内存页可以回收吗?

也就是说 tmpfs 文件占有的 pagecache 是不能回收的，道理也很明显，因为有文件引用这些页，就不能回收。

4.3 共享内存

posix 共享内存其实和 mmap 共享映射是同一个道理，都是利用在 tmpfs 文件系统上新建一个文件，然后再映射到用户态，最后两个进程操作同一个物理内存，那么 System V 共享内存是否也是利用 tmpfs 文件系统了?

我们可以跟踪到下述函数

这个函数就是新建一个共享内存段，其中函数

shmem_kernel_file_setup

就是在 tmpfs 文件系统上创建一个文件，然后通过这个内存文件实现进程通信，这我就不写测试程序了，而且这也是不能回收的，因为共享内存ipc机制生命周期是随内核的，也就是说你创建共享内存之后，如果不显示删除的话，进程退出之后，共享内存还是存在的。

之前看了一些技术博客，说到 Poxic 和 System V 两套 ipc 机制(消息队列，信号量以及共享内存)都是使用 tmpfs 文件系统，也就是说最终内存使用的都是 pagecache，但是我在源码中看出了两个共享内存是基于 tmpfs 文件系统，其他信号量和消息队列还没看出来(有待后续考究)。

（编辑：源码门户网）

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