Linux内核虚拟内存管理之匿名映射缺页异常分析( 四 ) _Linux内核

下面用图说话：

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3.4 读之后写匿名页读之后写匿名页，其实已经很简单了，那就是发生COW写时复制缺页。下面依然看图说话：

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四，应用层实验实验１：主要体验下内核的按需分配页策略！实验代码：mmap映射10 * 4096 * 4096/1M=160M内存空间,映射和写页前后获得内存使用情况：

1 #include <stdio.h>2 #include <stdlib.h>3 #include <sys/mman.h>4 #include <unistd.h>567 #define MAP_LEN (10 * 4096 * 4096)89 int main(int argc, char **argv)10 {11char *p;12int i;131415puts("before mmap ->please exec: free -mn");16sleep(10);17p = (char *)mmap(0, MAP_LEN, PROT_READ |PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);1819puts("after mmap ->please exec: free -mn");20puts("before write....n");21sleep(10);2223for(i=0;i <4096 *10; i++)24p[4096 * i] = 0x55;252627puts("after write ->please exec: free -mn");2829pause();3031return 0;32 }

执行结果：
出现“before mmap ->please exec: free -m”打印后执行：
$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921656146279688978214交换：1629070215588出现“after mmap ->please exec: free -m”打印后执行：
$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921656548377188728236交换：1629070215588出现“after write ->please exec: free -m”后执行：

$:~/study/user_test/page-fault$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921672732277088718076交换：1629070215588

我们只关注已用内存，可以发现映射前后基本上已用内存没有变化（考虑到其他内存申请情况存在，也会有内存变化）是6561Ｍ和6565Ｍ,说明ｍｍａｐ的时候并没有分配物理内存，写之后发现内存使用为6727Ｍ, 6727-6565=162M与我们ｍｍａｐ的大小基本一致，说明了匿名页实际写的时候才会分配等量的物理内存。

实验２：主要体验下匿名页读之后写内存页申请情况实验代码：mmap映射10 * 4096 * 4096/1M=160M内存空间,映射、读然后写页前后获得内存使用情况：

1 #include <stdio.h>2 #include <stdlib.h>3 #include <sys/mman.h>4 #include <unistd.h>567 #define MAP_LEN (10 * 4096 * 4096)89 int main(int argc, char **argv)10 {11char *p;12int i;131415puts("before mmap...pls show free:.n");16sleep(10);?17p = (char *)mmap(0, MAP_LEN, PROT_READ |PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);1819puts("after mmap....n");2021puts("before read...pls show free:.n");22sleep(10);2324puts("start read....n");252627for(i=0;i <4096 *10; i++)28printf("%d ", p[4096 * i]);29printf("n");3031puts("after read....pls show free:n");3233sleep(10);3435puts("start write....n");3637for(i=0;i <4096 *10; i++)38p[4096 * i] = 0x55;394041puts("after write...pls show free:.n");4243pause();4445return 0;46 }

执行结果：出现"before mmap ->please exec: free -m" 后执行：
$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921659063178087008164交换：1629070215588出现"before read ->please exec: free -m"后执行：
$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921658664477086908178交换：1629070215588出现"after read ->please exec: free -m"后执行：
$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921658762478987098158交换：1629070215588出现"after write ->please exec: free -m"后执行：
$ free -m总计已用空闲共享缓冲/缓存可用内存：15921674946278987097996交换：1629070215588可以发现：读之后和之前基本上内存使用没有变化（实际上映射到了０页，这是内核初始化时候分配好的），知道写之后6749－6587＝162M符合预期，而且打印可以发现数据全为０。
分析：实际上，ｍｍａｐ的时候只是申请了一块ｖｍａ，读的时候发生一次缺页异常，映射到０页，所有内存没有分配，当再次写这个页面的时候，发生了ＣＯＷ分配新页（ｃｏｗ中分配新页的时候会判断原来的页是否为０页，如果为０页就直接分配页然后用０填充）。
五，总结匿名映射缺页异常是我们遇到的一种很常用的一种异常，对于匿名映射，映射完成之后，只是获得了一块虚拟内存，并没有分配物理内存，当第一次访问的时候：如果是读访问，会将虚拟页映射到０页，以减少不必要的内存分配；如果是写访问，则会分配新的物理页，并用０填充，然后映射到虚拟页上去。而如果是先读访问一页然后写访问这一页，则会发生两次缺页异常：第一次是匿名页缺页异常的读的处理，第二次是写时复制缺页异常处理。