什么可能导致 C++ 级别的页面错误

Question

我是一名 C++ 开发人员，我想知道什么可能导致 C++ 级别的页面错误。

我读过一些关于页面错误的文章，我认为并且fork()可能malloc/new导致页面错误。

还有其他原因可能导致页面错误吗？

可执行文件大小是否较大导致页面错误的可能性较高？

逻辑结构非常复杂的可执行文件是否更容易导致页面错误？

Answer 1

任何一条指令都可能导致页面错误。它可能是当前未加载的包含指令本身的页面。

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请注意，指令不必位于页面的开头，因为程序可能一直在休眠，并且它可能在任何时候休眠，因为它可能被抢占。

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任何具有内存操作数的指令也可能导致访问该操作数的页面错误。

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请注意，现在许多系统没有交换，因此匿名（使用 malloc 分配）页面无处可卸载，但包含所有可执行代码的文件支持页面始终可以卸载，因此第一种情况实际上更有可能。

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正如 @eerorika 正确解释的那样，页面错误由内核处理，并且对于 C++ 来说是完全透明的（除了它们可能导致不确定的计时\xe2\x80\x94，您需要一个实时操作系统来获取这些错误）。

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Answer 2

实际上，malloc不会导致任何页面错误。内存只是虚拟分配的，因此在您使用它之前，它不会占用 RAM 或磁盘上的空间。如果您确实想快速导致页面错误，则必须实际访问有问题的缓冲区以进行读取或写入。

这一切都归结为内存使用情况，如果应用程序访问相同的 2-3 GB 数据，它可能几乎不会发生任何页面错误（假设当前没有其他应用程序滥用您的 RAM）。因此，只有当您的应用程序需要访问大量内存或由于缺乏使用而变得“冷”的内存时，才会出现页面错误。

此外，即使您需要访问该页面中的单个字节，操作系统也会从磁盘加载整个页面。这意味着，如果您的数据分布在内存中的较大区域，则与所有数据都集中在同一区域相比，您可能会遇到更多页面错误。

理解这种机制的一个好的测试应用程序是分配巨大的缓冲区，超过 RAM 可以容纳的大小，然后开始以 4K 间隔（Linux 和 Windows 中单个页面的通常大小）修改单个字符。这个想法是用最少的努力弄脏尽可能多的页面，类似于毁掉一包完美的白皮书，每页上都有一个黑点，直到你的 RAM 无法容纳这么多脏页面，不得不将它们交换到磁盘以便加载其他页面供您脏。

while (true) {
    char * data = malloc(HUGE_NUMBER)
    for (size_t i=0 ; i<HUGE_NUMBER ; i+=4096)
        data[i] = (char)rand(); // dirty in 4K intervals
}

因此，减少页面错误的一个好方法是保持数据访问模式的高内存局部性（使用内存中连续的数组，而不是可能散布到各处的列表或映射），并避免编写需要更多 RAM 的应用程序比目标服务器必须提供的内容。

关于可执行文件的大小，它还取决于实际使用的代码量。如果您的应用程序花费 90% 的时间运行 10% 的代码，则由于可执行文件的大小而导致页面错误的可能性很低，反之亦然。