Noncontiguous Memory Area Management

1. ManajemenMemoripada Linux: Noncontiguous Memory Area Management Dwinanto Cahyo (13505025) Ibnu Sina Wardy (13505035) Reisha Humaira (13505047) Nurio Juliandatu Masido (13505083)

2. Memory Management • Penggunaan RAM oleh kernel • Untukmenyimpankode • Untukmenyimpanstruktur data statis • Memoridinamis • Digunakanoleh kernel • Digunakanolehproses • Teknikmanajemenmemorioleh kernel • Area memorikontigu • Area memori non-kontigu

3. Contiguous vs. Noncontiguous • Area memori non-kontigubaikdigunakanketikapermintaanaksesterhadap area memoritidakterlaluseringataucenderungsedikit • Penggunaan area memori non-kontigumemberikanalternatiflangkahuntukmenggunakanmemori level ataspadaPage Frame

4. Alokasi struktur data untuk swap area aktif • Alokasi space untuk modul kerja • Alokasi buffer untuk perangkat I/O

5. Linear Address 1 • Salahsatujenisalamatmemoripadaarsitekturmikroprosesor Intel 80×86 • Merupakanpenghubungantarasegmentation unitdanpaging unit • 32-bit unsigned integer tunggal yang dapat digunakan untuk pengalamatan hingga 4 GB • Umumnyaberupa notasi heksadesimal

6. Linear Address 2 • Kernel menggunakan bagian awal dari memori yang dimulai dari PAGE_OFFSET • Semua linear address setelah PAGE_OFFSET dapat digunakan untuk memetakan berbagai area memori non-kontigu • Setiap area memori dipisahkan oleh interval sebesar 4-8 KB • Untuk mencari interval linear address dapat dimulai dari PAGE_OFFSET

7. Linear Address 3 The linear address interval starting from PAGE_OFFSET

8. Descriptor 1 • Struktur data vm_struct untuk mendeskripsikan area memori non-kontigu structvm_struct { unsigned long flags; void *addr; unsigned long size; structvm_struct *next; }

9. Descriptor 2

10. Descriptor 3 • Deskriptor disimpan pada sebuah list sederhana • Alamat dari elemen pertama dari list disimpan pada variabel vmlist • Akses ke list ini bersifat protected dikarenakan oleh read/write spin lock pada vmlist_lock

11. Descriptor 4 • Fungsi get_vm_area() untuk membuat deskriptor baru dari tipe vm_struct • Fungsi get_vm_area() mempunyai dua parameter • size, menyatakan ukuran memori dalam bytes • flag, menspesifikasikan tipe region

12. Descriptor 5 • Operasi yang dilakukan • Invokasi kmalloc() untuk mendapatkan area memori • Mengunci dengan vmlist_lock untuk mencari interval kosong dari linear address yang sudah mengandung paling tidak sebesar size + 4096 • Jika interval tersedia … • Jika interval tidak tersedia …

13. Descriptor 6 • Jika interval tersedia: • fungsi kmalloc() menginisialisasikan atribut dari deskriptor • melepas kunci dari vmlist_lock • menghentikan proses dengan mengembalikan initial address dari ares memori non-kontigu • Jika interval tidak tersedia: • get_vm_area()melepaskan deksriptor yang didapatkan sebelumnya • melepaskan kunci pada vmlist_lock • mengembalikan NULL

14. Allocation 1 • Fungsi vmalloc() untuk mengalokasikan sebuah area memori non-kontigu pada kernel • Parameter size menyatakan ukuran area yang dibutuhkan • Jika berhasil, mengembalikan initial linear address area yang baru • Jika gagal, mengembalikan NULL

15. 2 void * vmalloc (unsigned long size) { struct vm_struct *area; struct page **pages; unsigned int array_size, i; size = (size + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK; area = get_vm_area(size, VM_ALLOC); if (!area) return NULL; area->nr_pages = size >> PAGE_SHIFT; array_size = (area->nr_pages * sizeof(struct page *)); area->pages = pages = kmalloc(array_size, GFP_KERNEL); if (!area_pages) { remove_vm_area(area->addr); kfree(area); return NULL; } memset(area->pages, 0, array_size); for (i=0; i<area->nr_pages; i++) { area->pages[i] = alloc_page(GFP_KERNEL|_ _GFP_HIGHMEM); if (!area->pages[i]) { area->nr_pages = i; fail: vfree(area->addr); return NULL; } } if (map_vm_area(area, _ _pgprot(0x63), &pages)) goto fail; return area->addr; }

16. Allocation 3 • Fungsimap_vm_area() memeriksapage table entries yang digunakan kernel untukmengindikasibahwasetiappage frame yang telahteralokasike area memori non-kontigutelahberasosiasidengansebuahlinearaddress yang termasukdalam interval darilinearaddresskontiguhasildarivmalloc()

17. 4 map_vm_area(vm_struct * area, int prot, struct page *** pages) { address = area->addr; // awal area end = address + (area->size - PAGE_SIZE); // akhir area pgd = pgd_offset_k(address); spin_lock(&init_mm.page_table_lock); //acquires the kernel Page Table spin lock int ret = 0; for (i = pgd_index(address); i < pgd_index(end-1); i++) { pud_t *pud = pud_alloc(&init_mm, pgd, address); //create a Page Upper Directory ret = -ENOMEM; if (!pud) break; next = (address + PGDIR_SIZE) & PGDIR_MASK; if (next < address || next > end) next = end; if (map_area_pud(pud, address, next, prot, pages)) break; address = next; pgd++; ret = 0; } spin_unlock(&init_mm.page_table_lock); flush_cache_vmap((unsigned long)area->addr, end); return ret; }

18. Allocation 5 • Fungsipud_alloc() untukmenciptakan Page Upper Directory • Fungsimap_area_pud()mengalokasikansemuapagetable yang ditunjukoleh PUD yang baru • Fungsimap_area_pud() akanmenginvokasipmd_alloc() • Fungsimap_area_pmd() akanmenginvokasipte_alloc_kernel()

19. Allocation 6 • Fungsivmalloc_32()jugadapatdigunakanuntukalokasi, tapihanyamengalokasikanpageframedarizonamemoriZONE_NORMALdanZONE_DMA

20. Release 1 Fungsi vfree() untuk membebaskan area memori non-kontigu yang di-create oleh fungsi vmalloc() atau vmalloc_32() Fungsi vunmap()untuk membebaskan area memori non-kontigu yang di-create oleh fungsi vmap() Parameter alamat initial linear address dari area yang akan dibebaskan Bergantung pada fungsi _ _vunmap()

21. Release 2 • Fungsi _ _vunmap() mempunyai dua parameter • addr, menyatakan alamatinitial linear address dari area yang akan dibebaskan • deallocate_pages, menyatakan set jika page frame yang dipetakan ke area harus dibebaskan ke zoned page frame allocator (invokasi vfree()) atau sebaliknya (invokasi vunmap())

22. Release 3 • Operasi yang dilakukan • Invokasi fungsi remove_vm_area() • Jika deallocate_pages diset, area->pages (array of pointers to the page descriptor) akan di-scan • Invokasi kfree(area)

23. Referensi http://www.linux-security.cn/ebooks/ulk3-html/0596005652/understandlk-CHP-8-SECT-3.html

24. Terima Kasih