在32位的系统上，线性地址空间可达到4GB，这4GB一般按照3:1的比例进行分配，也就是说用户进程享有前3GB线性地址空间，而内核独享最后1GB线性地址空间。由于虚拟内存的引入，每个进程都可拥有3GB的虚拟内存，并且用户进程之间的地址空间是互不可见、互不影响的，也就是说即使两个进程对同一个地址进行操作，也不会产生问题。在前面介绍的一些分配内存的途径中，无论是伙伴系统中分配页的函数，还是slab分配器中分配对象的函数，它们都会尽量快速地响应内核的分配请求，将相应的内存提交给内核使用，而内核对待用户空间显然不能如此。用户空间动态申请内存时往往只是获得一块线性地址的使用权，而并没有将这块线性地址区域与实际的物理内存对应上，只有当用户空间真正操作申请的内存时，才会触发一次缺页异常，这时内核才会分配实际的物理内存给用户空间。

       用户进程的虚拟地址空间包含了若干区域，这些区域的分布方式是特定于体系结构的，不过所有的方式都包含下列成分：

• 可执行文件的二进制代码，也就是程序的代码段
• 存储全局变量的数据段
• 用于保存局部变量和实现函数调用的栈
• 环境变量和命令行参数
• 程序使用的动态库的代码
• 用于映射文件内容的区域

由此可以看到进程的虚拟内存空间会被分成不同的若干区域，每个区域都有其相关的属性和用途，一个合法的地址总是落在某个区域当中的，这些区域也不会重叠。在linux内核中，这样的区域被称之为虚拟内存区域(virtual memory areas),简称vma。一个vma就是一块连续的线性地址空间的抽象，它拥有自身的权限(可读，可写，可执行等等) ，每一个虚拟内存区域都由一个相关的struct vm_area_struct结构来描述

struct vm_area_struct {
	struct mm_struct * vm_mm;	/* 所属的内存描述符 */
	unsigned long vm_start;    /* vma的起始地址 */
	unsigned long vm_end;		/* vma的结束地址 */

	/* 该vma的在一个进程的vma链表中的前驱vma和后驱vma指针，链表中的vma都是按地址来排序的*/
	struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;

	pgprot_t vm_page_prot;		/* vma的访问权限 */
	unsigned long vm_flags;    /* 标识集 */

	struct rb_node vm_rb;      /* 红黑树中对应的节点 */

	/*
	 * For areas with an address space and backing store,
	 * linkage into the address_space->i_mmap prio tree, or
	 * linkage to the list of like vmas hanging off its node, or
	 * linkage of vma in the address_space->i_mmap_nonlinear list.
	 */
	/* shared联合体用于和address space关联 */
	union {
		struct {
			struct list_head list;/* 用于链入非线性映射的链表 */
			void *parent;	/* aligns with prio_tree_node parent */
			struct vm_area_struct *head;
		} vm_set;

		struct raw_prio_tree_node prio_tree_node;/*线性映射则链入i_mmap优先树*/
	} shared;

	/*
	 * A file's MAP_PRIVATE vma can be in both i_mmap tree and anon_vma
	 * list, after a COW of one of the file pages.	A MAP_SHARED vma
	 * can only be in the i_mmap tree.  An anonymous MAP_PRIVATE, stack
	 * or brk vma (with NULL file) can only be in an anon_vma list.
	 */
	/*anno_vma_node和annon_vma用于管理源自匿名映射的共享页*/
	struct list_head anon_vma_node;	/* Serialized by anon_vma->lock */
	struct anon_vma *anon_vma;	/* Serialized by page_table_lock */

	/* Function pointers to deal with this struct. */
	/*该vma上的各种标准操作函数指针集*/
	const struct vm_operations_struct *vm_ops;

	/* Information about our backing store: */
	unsigned long vm_pgoff;		/* 映射文件的偏移量，以PAGE_SIZE为单位 */
	struct file * vm_file;		    /* 映射的文件，没有则为NULL */
	void * vm_private_data;		/* was vm_pte (shared mem) */
	unsigned long vm_truncate_count;/* truncate_count or restart_addr */

#ifndef CONFIG_MMU
	struct vm_region *vm_region;	/* NOMMU mapping region */
#endif
#ifdef CONFIG_NUMA
	struct mempolicy *vm_policy;	/* NUMA policy for the VMA */
#endif
};

进程的若干个vma区域都得按一定的形式组织在一起，这些vma都包含在进程的内存描述符中，也就是struct mm_struct中，这些vma在mm_struct以两种方式进行组织，一种是链表方式，对应于mm_struct中的mmap链表头，一种是红黑树方式，对应于mm_struct中的mm_rb根节点，和内核其他地方一样，链表用于遍历，红黑树用于查找。

下面以文件映射为例，来阐述文件的address_space和与其建立映射关系的vma是如何联系上的。首先来看看struct address_space中与vma相关的变量

struct address_space {
	struct inode		*host;		/* owner: inode, block_device */
	...
	struct prio_tree_root	i_mmap;		/* tree of private and shared mappings */
	struct list_head	i_mmap_nonlinear;          /*list VM_NONLINEAR mappings */
	...
} __attr