2.2.2 ZGC多视图映射

由于ZGC仅支持Linux 64位系统，所以可以想象ZGC是通过系统调用mmap来完成地址多视图映射的。ZGC实现多视图映射的过程和2.2.1节基本一致，步骤可以总结如下：

❑创建并打开一个文件描述符，这个文件描述符可以是内存文件描述符，也可以是普通文件描述符（最好是内存文件描述符，其性能更高）。创建并打开文件描述的动作是在JVM启动时完成的，简化的流程图如图2-4所示。

图2-4 ZGC初始化多映射视图用到的文件描述符

这里有一个小知识点，创建内存文件描述符通过系统调用memfd_create函数完成，而memfd_create函数是内核态才能调用的函数，所以必须通过syscall函数从用户态进入内核态，并传递参数__NR_memfd_create，最终操作系统调用相应的函数完成。另外需要注意的是在初始化过程中，如果不能创建文件描述符，将导致初始化失败，JVM则不能启动。保存文件描述符的数据结构如图2-5所示。

图2-5 ZPhysicalMemoryBacking类结构关键成员

我们可以看到在ZBackingFile中有一个成员变量_fd，该成员变量用于保存上面所提到的文件描述符。在ZBackingFile中还有一个成员函数try_expand，用于扩大共享内存对象的大小，成员函数create_mem_fd和create_file_fd分别是创建内存文件描述符或者基于文件系统的文件描述符，它们在图2-4中创建文件描述符时被调用。在ZPhysicalMemoryBacking中，成员变量_manager是分配内存管理器，其作用是分配或者回收内存，具体内存分配在2.2.5节介绍；成员函数map用于完成多视图映射。

❑在分配内存的时候，新分配的虚拟地址转化成3个映射视图（Marked0、Marked1和Remapped）中的虚拟地址，再使用mmap映射到这个文件描述符上。

映射方法和2.2.1节中采用的稍有不同，在2.2.1节的例子中，我们使用mmap时并未指定虚拟地址，而是由Linux自动分配一个虚拟地址。在ZGC中明确地指定了3个映射视图中的虚拟地址。这个代码片段就是上面我们提到的ZPhysicalMemoryBacking中的成员函数map，它的实现非常简单，我们直接看一下源码，如下所示：

    void ZPhysicalMemoryBacking::map(ZPhysicalMemory pmem, uintptr_t offset) const {
      if (ZUnmapBadViews) {
        // 在调试参数ZUmmapBadViews为true时，只把地址映射到正在使用的地址视图中
        // 此时如果访问其他地址视图，将导致内存访问故障
        map_view(pmem, ZAddress::good(offset), AlwaysPreTouch);
      } else {
        // 把地址映射到3个视图中，根据垃圾回收进行的阶段自动选择地址视图
        map_view(pmem, ZAddress::marked0(offset), AlwaysPreTouch);
        map_view(pmem, ZAddress::marked1(offset), AlwaysPreTouch);
        map_view(pmem, ZAddress::remapped(offset), AlwaysPreTouch);
      }
    }

这里简单解释一下上面代码中map_view的3个参数，第1个参数传递的是ZGC关于物理内存的一个结构体，实际上这里使用的是物理内存的大小；第2参数是虚拟地址，这里会把应用程序使用的[0～4TB）虚拟地址转化成Marked0、Marked1和Remapped视图对应的虚拟地址，其处理方法非常简单，把最低42位的地址分别与第42～44位进行“位或”运算，即得到不同视图里面的虚拟地址。

目前ZGC并不支持Windows平台，这会影响ZGC的普及。在2.2.1节我们提到Windows系统上也可实现多视图映射功能，而且Windows系统也有把多个指定的地址映射到一个物理地址上的API（MapViewOf FileEx），这里不再赘述，具体可以参考Windows系统编程。