Linux 6.6内核内存管理深度解析（十六）：mmap — 用户态“申请内存“的真相

引言：mmap 返回成功了，但物理内存可能一个字节都没给

一个最常见的误解：mmap 申请 4GB 内存，返回地址了，就以为"拿到了 4GB 物理内存"。真相是------mmap 只登记了一块 vma（虚拟地址区间 + 权限 + 来源），一个物理页都没分配。等你真正读写这段地址（触发缺页），内核才按需去分配/读入物理页。

这就是按需分配（demand paging） ：mmap 是"登记"这一步，缺页（#3）是"真正给内存"那一步。本篇讲的是前半段------内核怎么把用户态的一段虚拟地址"登记在案"，以及这段地址是匿名 的（无文件后备，给零页）还是文件的（有文件后备，从 page cache 读）。

这条链路：mmap 系统调用 → do_mmap 选地址、算权限 → mmap_region 建 vma 插入地址空间树 → 缺页时按 vma 类型分配物理页。

---

全景图

#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs p{margin:0;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .label text,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node rect,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node circle,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node ellipse,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node polygon,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .rough-node .label text,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node .label text,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .image-shape .label,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .rough-node .label,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node .label,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .image-shape .label,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .icon-shape,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .icon-shape p,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-kxYKstm8Q6ihwOjs :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 用户态 mmap

sys_x86_64.c:86
ksys_mmap_pgoff

mmap.c:1382 按 fd 找 file
vm_mmap_pgoff util.c:533

拿 mmap 写锁
do_mmap mmap.c:1203

get_unmapped_area 选地址 + 算 vm_flags
mmap_region mmap.c:2662

建 vma 插入地址空间树
匿名? vma_set_anonymous :2819

文件? call_mmap :2774
插入 maple tree

vma_iter_store :2838
按需分配(真正访问时)

handle_mm_fault memory.c:5255
匿名: do_anonymous_page :4067

给零页 / 写时复制
文件: do_fault :4678

从 page cache 读

一句话：用户态 mmap → do_mmap 选地址算权限 → mmap_region 建 vma 插进 maple tree（不分配物理页）→ 真正访问时 handle_mm_fault 按 vma 类型（匿名给零页 / 文件读 page cache）按需分配。

---

一、mmap 系统调用：参数与 flags

1.1 签名

// SYSCALL_DEFINE6(mmap)（arch/x86/kernel/sys_x86_64.c:86）
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t off);

// 实现（:86-94）------ 只做一件事：把字节偏移 off 右移 PAGE_SHIFT 变成"页号"，交给 ksys_mmap_pgoff
SYSCALL_DEFINE6(mmap, unsigned long, addr, unsigned long, len,
		unsigned long, prot, unsigned long, flags,
		unsigned long, fd, unsigned long, off)
{
	if (off & ~PAGE_MASK)            // 偏移必须页对齐
		return -EINVAL;
	return ksys_mmap_pgoff(addr, len, prot, flags, fd, off >> PAGE_SHIFT);
}

六个参数里最关键的三个：

参数	含义	关键值
prot	访问权限	PROT_READ 0x1 / PROT_WRITE 0x2 / PROT_EXEC 0x4 / PROT_NONE 0x0（mman-common.h:10-16）
flags	映射方式	MAP_SHARED 0x01 / MAP_PRIVATE 0x02（mman.h:17-18）、MAP_ANONYMOUS 0x20 / MAP_FIXED 0x10 / MAP_POPULATE（mman-common.h:22-26）
fd + off	映射来源	fd != -1 文件映射、fd == -1（或 MAP_ANONYMOUS）匿名映射

1.2 两个关键分水岭

分水岭一：匿名 vs 文件 ，看 fd（更准确说，最终落在 vma->vm_file 是否为空）：

• 匿名映射 （MAP_ANONYMOUS 或 fd == -1）：没有文件后备。缺页时给零页 （读）或新分配的零填充页（写）。就是"纯内存"。
• 文件映射 （fd 指向一个文件）：有文件后备。缺页时从 page cache 读对应偏移的内容。

分水岭二：共享 vs 私有 ，看 MAP_SHARED / MAP_PRIVATE：

• MAP_SHARED ：改动对同一文件的其他映射/进程可见，且会写回文件。
• MAP_PRIVATE ：改动是私有的（COW 写时复制 ），不写回文件；对文件的写会触发 do_wp_page（#3）复制一页出来改副本。

这两个分水岭可以两两组合，最常见的四种（见第五节）。

---

二、struct vm_area_struct：地址空间的"登记表"

mmap 的核心产物是一块 vma（virtual memory area，虚拟内存区）------它描述"一段连续的虚拟地址区间 + 统一的属性"。这是 Linux 地址空间管理的最小单元。

// struct vm_area_struct（include/linux/mm_types.h:565）------ 关键字段
struct vm_area_struct {
	unsigned long vm_start;          // 区间起点 [vm_start, vm_end)
	unsigned long vm_end;            // 区间终点（开区间）

	struct mm_struct *vm_mm;         // 属于哪个进程的地址空间（:579）
	pgprot_t vm_page_prot;           // 这段区间的页表权限（:580）
	vm_flags_t vm_flags;             // VM_READ/WRITE/SHARED/... 属性位（:587）

	struct {                         // 文件映射: 挂到 address_space->i_mmap 区间树
		struct rb_node rb;           // （:618-621）
		unsigned long rb_subtree_last;
	} shared;

	struct list_head anon_vma_chain; // 匿名 COW: 跟踪共享同一物理页的 vma（:629）
	struct anon_vma *anon_vma;       // （:631）

	const struct vm_operations_struct *vm_ops;  // 文件系统/驱动的回调（:634）
	unsigned long vm_pgoff;          // 映射起点在文件内的页偏移（:637）
	struct file *vm_file;            // 后备文件，匿名映射为 NULL（:639）
	void *vm_private_data;           // （:640）
};

几个字段点破本质：

• vm_start/vm_end 圈出区间，vm_flags + vm_page_prot 定权限，vm_file/vm_pgoff 定来源------这三样加一起，缺页时就能回答"这段地址该怎么填页"。
• shared.rb （文件）vs anon_vma_chain （匿名）：两套不同的"反向查找"结构。文件映射挂在文件 address_space->i_mmap 区间树上（便于写回时找到所有映射此文件的进程）；匿名映射靠 anon_vma 串起共享同一物理页的多个 vma（便于 COW/换出时改所有进程的页表）。
• vm_ops ：文件系统/驱动（如显卡 DRM 驱动、tmpfs）通过它把 mmap 转交给自己的 ->mmap 回调。

2.1 地址空间树：v6.6 用 maple tree

一个进程的所有 vma 存在 mm_struct 里，v6.6 用 maple tree （mm->mm_mt，mm_types.h:690）管理------这是 v6.1+ 用 maple tree 替换掉老红黑树 + 链表的演进：

// struct mm_struct（include/linux/mm_types.h:673）------ 关键字段
struct mm_struct {
	struct {
		struct maple_tree mm_mt;      // 所有 vma 的树（:690），按地址有序
		...
	};
	struct rw_semaphore mmap_lock;     // 地址空间的大锁（:763）
	...
};

maple tree 按 vm_start 有序存储 vma，缺页时 find_vma 能 O(log n) 找到包含某地址的 vma。mmap_lock 是读写信号量------改地址空间（mmap/munmap）拿写锁，缺页（多数情况）只拿读锁。

---

三、mmap 调用链：从系统调用到 vma 落树

完整链路（x86-64）：

// ① 系统调用入口（sys_x86_64.c:86，前面已列）→ ② ksys_mmap_pgoff（mmap.c:1382）
// 按 fd 找到 file 后，转 ③ vm_mmap_pgoff（mm/util.c:533）：
unsigned long vm_mmap_pgoff(struct file *file, unsigned long addr,
	unsigned long len, unsigned long prot,
	unsigned long flag, unsigned long pgoff)
{
	...
	ret = security_mmap_file(file, prot, flag);   // LSM 安全检查
	if (!ret) {
		if (mmap_write_lock_killable(mm))        // 拿 mmap 写锁
			return -EINTR;
		ret = do_mmap(file, addr, len, prot, flag, 0, pgoff, &populate, &uf);
		mmap_write_unlock(mm);                   // ④ do_mmap 在写锁保护下执行
		...
		if (populate)
			mm_populate(ret, populate);          // ⑤ MAP_POPULATE/MAP_LOCKED 提前 fault-in
	}
	return ret;
}

do_mmap（mm/mmap.c:1203）做两件关键事：

unsigned long do_mmap(struct file *file, unsigned long addr, ...)
{
	...
	len = PAGE_ALIGN(len);                       // 长度向上取整到页
	if (mm->map_count > sysctl_max_map_count)    // vma 数量上限（默认 65530）
		return -ENOMEM;

	/* ① 选地址：MAP_FIXED 用指定地址，否则让内核挑（top-down，ASLR 相关） */
	addr = get_unmapped_area(file, addr, len, pgoff, flags);   // :1250

	/* ② 把 prot + flags 换算成 vm_flags */
	vm_flags |= calc_vm_prot_bits(prot, pkey) | calc_vm_flag_bits(flags) |  // :1269
			mm->def_flags | VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE | VM_MAYEXEC;
	...
	/* ③ 调 mmap_region 真正建 vma */
}

最后 mmap_region（mm/mmap.c:2662）落树：

unsigned long mmap_region(struct file *file, unsigned long addr, ...)
{
	...
	/* ① MAP_FIXED 先把目标区间已有的映射清掉 */
	if (do_vmi_munmap(&vmi, mm, addr, len, uf, false))      // :2693
		return -ENOMEM;

	/* ② 可记账的映射（私有可写），预扣内存配额 */
	if (accountable_mapping(file, vm_flags)) {
		charged = len >> PAGE_SHIFT;
		if (security_vm_enough_memory_mm(mm, charged))    // :2701
			return -ENOMEM;
	}

	/* ③ 尝试和相邻 vma 合并（同一文件、连续、同权限 → 并成一块） */
	if (vma && !vma_expand(&vmi, vma, merge_start, merge_end, ...))   // :2738-2739
		goto expanded;

	/* ④ 分配 vma 并填字段 */
	vma = vm_area_alloc(mm);                              // :2753
	vma->vm_start = addr;  vma->vm_end = end;
	vma->vm_page_prot = vm_get_page_prot(vm_flags);
	vma->vm_pgoff = pgoff;                                 // :2760-2764

	if (file) {
		vma->vm_file = get_file(file);
		error = call_mmap(file, vma);                    // ⑤ 文件映射: 调 file->f_op->mmap（:2774）
	} else if (vm_flags & VM_SHARED) {
		error = shmem_zero_setup(vma);                   // ⑥ 匿名共享: 走 shmem（tmpfs 那套，:2815）
	} else {
		vma_set_anonymous(vma);                          // ⑦ 匿名私有: 标记为匿名（:2819）
	}

	/* ⑧ 插入地址空间树 + 文件区间树 */
	vma_iter_store(&vmi, vma);                           // 插进 mm->mm_mt maple tree（:2838）
	mm->map_count++;
	if (vma->vm_file) {
		vma_interval_tree_insert(vma, &vma->vm_file->f_mapping->i_mmap);  // :2846
	}
	...
}

核心动作就三步：分配 vma → 填字段（start/end/flags/file）→ 插进 maple tree。全程没碰 alloc_page。

Why 分 do_mmap（选地址）和 mmap_region（建 vma）两层 ：do_mmap 是"通用准备"------长度对齐、数量上限、选地址、算 vm_flags，任何来源的映射（文件/匿名/驱动）都要过；mmap_region 是"通用收尾"------建 vma、按 file 有无分派、插树。中间按来源分派的那一步（call_mmap / shmem_zero_setup / vma_set_anonymous）是可替换的策略点 ：文件系统/驱动（DRM、RDMA、HMM）通过注册自己的 ->mmap 回调插进这条通用链，而不改 mmap 主框架。这也是内核"通用框架 + 策略回调"的复用典范（对比 #9 compaction 的 compact_control + 迁移回调）。

---

四、mmap 的灵魂：只登记，不分配（按需分配）

上一节看到 mmap_region 全程没调 alloc_page。那物理页什么时候来？在真正访问这段地址、触发缺页时 （#3 的 handle_mm_fault，memory.c:5255）：

handle_mm_fault
  → do_pte_missing(memory.c:3667)     // 页表项为空
      → vma_is_anonymous(vma) ?
            do_anonymous_page(:4067)   // 匿名：给零页（读）/ 新零填充页（写）
          : do_fault(:4678)            // 文件：从 page cache 读（或 COW）

关键点：缺页处理靠 vma 才知道该怎么填页 ------vma 在缺页入口 do_user_addr_fault（fault.c:1239）就通过 lock_mm_and_find_vma（:1385）找到了，一路传进 do_pte_missing（memory.c:3667），后者看 vma_is_anonymous(vmf->vma)（即 vm_file 是否为空）决定走匿名还是文件路径。所以 vma 就是"这段地址的说明书"，mmap 登记了说明书，缺页照着说明书填页。

这也是为什么 mmap 大文件/大内存几乎瞬时返回、且不占物理内存：登记的成本是 O(1) 建个 vma，真正的内存成本推迟到每次缺页。

Why 按需分配 ：① 省内存 ------mmap 4GB 但只访问 100MB，就只占 100MB 物理内存；② 推迟成本 ------大文件映射时，缺页才读盘，不用一次性全读进来；③ 支持 overcommit ------进程可以"申请"超过物理内存的地址空间，只要不同时真正用满（这也埋下了 OOM killer #12 的伏笔）。代价是：缺页是同步的、逐页的 ------一次性访问大区域会触发一串缺页，所以有了 MAP_POPULATE（mm_populate util.c:551 提前把页 fault-in）和大页（#4）来摊薄。

---

五、匿名 vs 文件：四种组合的缺页行为

组合	典型场景	缺页时干什么	改动去向
匿名 + MAP_PRIVATE	malloc 大块、栈、堆、mmap(NULL,...,MAP_ANONYMOUS)	do_anonymous_page 给零页（读）/新零页（写）	只在自己进程内
匿名 + MAP_SHARED	进程间共享内存（shm_open/tmpfs）	走 shmem （shmem_zero_setup :2815），页在 shmem 的 page cache 里	所有映射此 shmem 的进程可见
文件 + MAP_SHARED	模型权重/数据集文件映射、mmap 写回	do_fault 从 page cache 读文件页	写回文件（刷 page cache，接 #5）
文件 + MAP_PRIVATE	加载可执行文件、只读共享库	do_fault 从 page cache 读；写触发 COW （do_wp_page :3338 复制一页）	改动私有，不写回文件

两个最容易混的：

• 文件 + MAP_PRIVATE = COW ：多个进程映射同一可执行文件/共享库，物理页只有一份（都在 page cache），读共享；某进程要写，do_wp_page（#3）复制一份给这个进程改，别人不受影响------这正是**"可执行文件只有一份物理内存"**的原因。
• 匿名 + MAP_SHARED = shmem ：别看 MAP_ANONYMOUS，加了 MAP_SHARED 它其实走 shmem_zero_setup（mmap.c:2815），背后是 tmpfs 那套------有 page cache、可换出（swap，接 #7）。所以"匿名共享"和"匿名私有"在内核里是两条不同的路。

---

六、munmap：释放虚拟区间

mmap 的反操作。SYSCALL_DEFINE2(munmap)（mmap.c:2942）→ __vm_munmap（:2918）→ do_munmap（:2654）→ unmap_region（:2322）→ 拆页表：

// do_munmap → unmap_region（mmap.c:2322）
static void unmap_region(struct mm_struct *mm, struct ma_state *mas, ...)
{
	struct mmu_gather tlb;
	tlb_gather_mmu(&tlb, mm);
	unmap_vmas(&tlb, mas, vma, start, end, tree_end, mm_wr_locked);   // ① 逐 vma 清页表
	free_pgtables(&tlb, mas, vma, ...);                               // ② 释放空的各级页表
	tlb_finish_mmu(&tlb);                                             // ③ 刷 TLB
}

// unmap_vmas → unmap_page_range（memory.c:1629）→ zap_pte_range（memory.c:1394）
// 逐 PTE 清掉映射、回收物理页（匿名页 refcount--、文件页 unmap 但留在 page cache）

关键点：munmap 只清页表和释放匿名物理页；文件映射的物理页不释放 （那是 page cache，属于文件，不属于这个映射，见 #5）。批量刷 TLB 的套路：unmap_region 先 tlb_gather_mmu（:2331）开启批量收集，unmap_vmas → zap_pte_range 逐页清 PTE（把要刷的页记进 mmu_gather），最后 tlb_finish_mmu（:2338）一次刷，避免逐页刷 TLB 的开销。

---

七、与前面各篇的关系 + 记住三点

7.1 与前面各篇的关系

篇	关系
#3 页表缺页	mmap 是"登记 vma"（前半段），缺页是"按需分配"（后半段）；缺页靠 find_vma 找到 vma 才知道怎么填页
#5 page cache	文件映射的物理页就是 page cache；do_fault 从 page cache 读，MAP_SHARED 改动写回 page cache
#6 GUP	pin_user_pages 把用户态 mmap 出来的页 pin 给设备 DMA；mmap 是 GUP 的对象
#7 swap	匿名页缺页是"新分配"，不够了换出到 swap；匿名共享（shmem）也能换出
#12 OOM	mmap 的 overcommit（登记了没真给）是 OOM 的伏笔------真用到才发现不够
#4 大页	MAP_HUGETLB 标志直接 mmap 大页；khugepaged 后台把普通映射合成大页（khugepaged_enter_vma mmap.c:2855）

7.2 与 AI Infra 的关系

• 模型权重加载 ：mmap 权重文件 + 按需读盘，比 read 少一次内核→用户拷贝（零拷贝）；配合 MAP_SHARED，权重在 page cache 里一份、多个进程共享。
• 大数据集 / 列存 ：Arrow/Parquet 大文件 mmap 后按需访问，省用户态缓冲。
• CUDA 零拷贝 / pinned memory ：cudaHostRegister 背后是 mlock（类似 MAP_LOCKED 语义）+ GUP pin（#6），把 mmap 的用户页固定住给 GPU DMA。
• 进程间共享 ：shm_open + mmap(MAP_SHARED) 是多进程共享参数的常规做法。

7.3 记住三点

1. mmap 只登记 vma，不分配物理页 ：mmap → do_mmap（mmap.c:1203，get_unmapped_area 选地址 :1250 + calc_vm_prot_bits/flag_bits 算 vm_flags :1269）→ mmap_region（:2662）建 vma、按来源分派（文件 call_mmap :2774 / 匿名共享 shmem_zero_setup :2815 / 匿名私有 vma_set_anonymous :2819）、插进 mm->mm_mt maple tree（vma_iter_store :2838）。全程无 alloc_page。

2. 物理页按需分配，缺页靠 vma 决定怎么填 ：真正访问时 handle_mm_fault（memory.c:5255）→ do_pte_missing（:3667）→ vma_is_anonymous 分流：匿名 do_anonymous_page（:4067 给零页）、文件 do_fault（:4678 读 page cache）。vma 是"这段地址的说明书"。

3. 两个分水岭定行为 ：匿名 vs 文件（看 vma->vm_file）决定"给零页还是读 page cache"；MAP_SHARED vs MAP_PRIVATE 决定"改动写回还是 COW"。文件 + MAP_PRIVATE = 可执行文件只有一份物理内存（写才 COW）；匿名 + MAP_SHARED = shmem（有 page cache 可换出）。释放 munmap → unmap_region（mmap.c:2322）→ zap_pte_range（memory.c:1394）只清页表、文件页留在 page cache。

---

附：本篇关键源码索引

符号	位置
SYSCALL_DEFINE6(mmap)（x86 入口，off→pgoff）	arch/x86/kernel/sys_x86_64.c:86
ksys_mmap_pgoff（按 fd 找 file）	mm/mmap.c:1382
vm_mmap_pgoff（拿 mmap 写锁 + do_mmap + mm_populate）	mm/util.c:533
do_mmap（get_unmapped_area 选地址 + 算 vm_flags）	mm/mmap.c:1203
get_unmapped_area（地址选择，top-down）	mm/mmap.c:1801
mmap_region（建 vma、分派、插树）	mm/mmap.c:2662
call_mmap（文件映射 → file->f_op->mmap）	include/linux/fs.h:1959
shmem_zero_setup（匿名共享 → shmem）	mm/shmem.c:4852
vma_set_anonymous（匿名私有）	include/linux/mm.h:875
vma_iter_store（插入 maple tree）	mm/internal.h:1102
struct vm_area_struct（vm_start/vm_end/vm_flags/vm_file/vm_pgoff）	include/linux/mm_types.h:565
struct mm_struct（mm_mt maple tree / mmap_lock）	include/linux/mm_types.h:673（:690 / :763）
handle_mm_fault / do_pte_missing（缺页入口）	mm/memory.c:5255 / :3667
do_anonymous_page（匿名缺页给零页）	mm/memory.c:4067
do_fault（文件缺页读 page cache）	mm/memory.c:4678
do_wp_page（COW 写时复制）	mm/memory.c:3338
SYSCALL_DEFINE2(munmap) / do_munmap	mm/mmap.c:2942 / :2654
unmap_region（释放区间）	mm/mmap.c:2322
unmap_page_range / zap_pte_range（清页表）	mm/memory.c:1629 / :1394