我可以要求内核填充（故障）一系列匿名页面吗？

在Linux中，使用C，如果我通过以下方式请求大量内存malloc或类似的动态分配机制，很可能支持返回区域的大多数页面实际上不会映射到我的进程的地址空间。

相反，每次我第一次访问其中一个分配的页面时都会发生页面错误，然后内核将映射到“匿名”页面（完全由零组成）并返回到用户空间。

对于较大区域（例如 1 GiB），这是大量页面错误（4 KiB 页面约为 26 万个），并且each故障会导致用户到内核用户的转换，这在具有 Spectre 和 Meltdown 缓解措施的内核上尤其缓慢。对于某些用途，此页面错误时间可能会主导缓冲区上正在完成的实际工作。

如果我知道我将使用整个缓冲区，是否有某种方法可以要求内核映射一个已绘制区域提前时间？

如果我使用分配自己的内存mmap，这样做的方法是MAP_POPULATE- 但这不适用于从以下地址收到的区域malloc or new.

有的是madvise调用，但那里的选项似乎主要适用于文件支持的区域。例如，madvise(..., MADV_WILLNEED)调用似乎很有希望 - 从手册页来看：

MADV_WILLNEED

预计在不久的将来能够访问。 （因此，提前阅读几页可能是个好主意。）

明显的含义是，如果该区域是文件支持的，则此调用可能会触发异步文件预读，或者可能在后续故障时触发同步附加预读。从描述来看，尚不清楚它是否会对匿名页面执行任何操作，并且根据我的测试，它不会。

这是一种肮脏的黑客行为，最适合特权进程或具有高权限的系统。RLIMIT_MEMLOCK，但是……一个mlock and munlock配对将达到您正在寻找的效果。

例如，给出以下测试程序：

# compile with (for e.g.,): cc -O1 -Wall    pagefaults.c   -o pagefaults

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <err.h>
#include <sys/mman.h>

#define DEFAULT_SIZE        (40 * 1024 * 1024)
#define PG_SIZE     4096

void failcheck(int ret, const char* what) {
    if (ret) {
        err(EXIT_FAILURE, "%s failed", what);
    } else {
        printf("%s OK\n", what);
    }
}

int main(int argc, char **argv) {
    size_t size = (argc == 2 ? atol(argv[1]) : DEFAULT_SIZE);
    char *mem = malloc(size);

    if (getenv("DO_MADVISE")) {
        failcheck(madvise(mem, size, MADV_WILLNEED), "madvise");
    }

    if (getenv("DO_MLOCK")) {
        failcheck(mlock(mem, size), "mlock");
        failcheck(munlock(mem, size), "munlock");
    }

    for (volatile char *p = mem; p < mem + size; p += PG_SIZE) {
        *p = 'z';
    }
    printf("size: %6.2f MiB, pages touched: %zu\npoitner value : %p\n",
            size / 1024. / 1024., size / PG_SIZE, mem);
}

以 root 身份运行 1 GB 区域并计算页面错误perf结果是：

$ perf stat ./pagefaults 1000000000
size: 953.67 MiB, pages touched: 244140
poitner value : 0x7f2fc2584010

 Performance counter stats for './pagefaults 1000000000':

        352.474676      task-clock (msec)         #    0.999 CPUs utilized          
                 2      context-switches          #    0.006 K/sec                  
                 0      cpu-migrations            #    0.000 K/sec                  
           244,189      page-faults               #    0.693 M/sec                  
       914,276,474      cycles                    #    2.594 GHz                    
       703,359,688      instructions              #    0.77  insn per cycle         
       117,710,381      branches                  #  333.954 M/sec                  
           447,022      branch-misses             #    0.38% of all branches        

       0.352814087 seconds time elapsed

但是，如果您运行前缀为DO_MLOCK=1， 你得到：

sudo DO_MLOCK=1 perf stat ./pagefaults 1000000000
mlock OK
munlock OK
size: 953.67 MiB, pages touched: 244140
poitner value : 0x7f8047f6b010

 Performance counter stats for './pagefaults 1000000000':

        240.236189      task-clock (msec)         #    0.999 CPUs utilized          
                 0      context-switches          #    0.000 K/sec                  
                 0      cpu-migrations            #    0.000 K/sec                  
                49      page-faults               #    0.204 K/sec                  
       623,152,764      cycles                    #    2.594 GHz                    
       959,640,219      instructions              #    1.54  insn per cycle         
       150,713,144      branches                  #  627.354 M/sec                  
           484,400      branch-misses             #    0.32% of all branches        

       0.240538327 seconds time elapsed

请注意，页面错误数量已从 244,189 减少到 49，并且速度提高了 1.46 倍。绝大多数时间仍然花费在内核中，因此如果不需要同时调用两者，这可能会快得多mlock and munlock也可能是因为语义mlock超过了需要的数量。

对于非特权进程，您可能会遇到RLIMIT_MEMLOCK如果您尝试一次执行一个大区域（在我的 Ubuntu 系统上，它设置为 64 Kib），但您可以循环调用该区域mlock(); munlock()在较小的区域上。