c++ - 为什么这段代码会导致页面错误？

Question

我分配了 512mb 的内存，然后我修改了每 4096 个字节(这应该会导致每次修改都出现轻微的页面错误，这就是我实际得到的结果)。但随后我重复了相同的循环，它再次导致每个请求出现轻微的页面错误。我的问题是，为什么？

输出看起来像这样:

但是，如果我从我的程序中删除调用 ps，则执行第二个循环所需的时间会少得多，例如 0.04 秒。为什么？

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <sstream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

const int sz = 512 * 1024 * 1024;

int main()
{
    char * data = (char *)malloc(sz);
    if (data == 0) cout << "alloc fail";
    stringstream cmd;
    cmd << "ps -o min_flt,maj_flt " << getpid();
    system(cmd.str().c_str());
    cout << "start\n";
    clock_t start = clock();
    for (int i=0; i<sz; i += 4096)
        data[i] = 1;
    clock_t end = clock();
    double time1 = double(end-start) / CLOCKS_PER_SEC;

    system(cmd.str().c_str());

    start = clock();
    for (int i = 0; i < sz; i += 4096)
        data[i] = 1;
    end = clock();
    double time2 = double(end-start) / CLOCKS_PER_SEC;

    system(cmd.str().c_str());

    cout << time1 << " " << time2 << endl;
}

Answer 1

库函数 system 大致做了以下事情:

1. Fork，使用内存镜像的拷贝创建一个新进程。
2. 在 child 中，exec /bin/sh 将命令行选项 -c 和指示的命令传递给它，替换内存带有新加载的/bin/sh 的新进程的图像。
3. 在父进程(原进程)中，等待子进程完成，并返回其状态码。

当进程执行fork时，系统希望避免复制整个内存镜像以复制它。所以它只是复制页表，并将所有页面标记为“写时复制”，这需要将它们设置为只读以便可以检测到写入。

随后的 exec 会将页面标记为未共享，但它可能不会取消页面的只读设置，因此后续对页面的写入仍会触发轻微的页面错误，尽管处理程序不会执行任何操作，因为页面不再共享。

实际上不能保证 exec 会在第二个写循环开始之前发生。您的机器很可能有一个以上的内核，因此两个进程很可能同时处于事件状态。由于 exec 可能需要一段时间才能设置，因此很可能某些写循环甚至会在 exec 之前发生，也就是说在任何写时复制是不必要的线索。