madvise函數詳解

一、madvise函數

madvise函數是Linux系統提供的一個操作系統調用（system call），用於控制系統內存管理。調用madvise函數可以對指定的內存區域設置適當的使用策略，從而優化系統整體性能和內存利用率。

使用方法如下：
int madvise(void *addr, size_t len, int advice);

其中addr參數指向欲改變的內存區域的首地址；len參數代表欲改變內存區域的大小（以位元組為單位）；advice參數可選，表示這段內存的用途，例如準備隨後寫入數據，可以選擇MADV_WILLNEED等。

二、madvise是什麼意思

madvise函數的主要作用是告訴內核，此區域的使用情況。它告訴內核在下一次內存缺頁異常（Page Fault）發生時如何處理這個區域的頁面。在沒有使用madvise函數的情況下，當進程訪問不存在於內存中的虛擬地址時，內核將會生成一個Page Fault異常，並進入到中斷處理程序進行處理。在處理結束後，內核會重載頁面到內存或者把頁面標識為無效。這個過程需要花費一定的時間。madvise的目標是為了減少這個時間。

下面是幾種advice參數的作用：

MADV_NORMAL：默認參數，沒有特殊含義。
MADV_RANDOM：告訴內核此區域的訪問方式是隨機的。
MADV_SEQUENTIAL：告訴內核此區域的訪問方式是順序訪問。
MADV_WILLNEED：告訴內核此區域需要預載入。常用於進程即將使用的數據，可以減少Page Fault的產生。
MADV_DONTNEED：告訴內核此區域的數據即將不再使用，一旦內存緊張，可以把這塊內存立即釋放。

三、madvise變向缺頁檢測怎麼過

madvise變向缺頁檢測，是madvise優化內存利用率的一種技術。在使用大型內存區域時，很容易遇到內存限制的問題。如果採用傳統的缺頁處理方案，系統可能會把程序整個掛起來等待內存分配完成，這種情況下，程序的性能會受到很大的影響。

madvise變向缺頁檢測的原理是先將內存區域設為內存映射區（或暫時存儲提供頁面的密集數組）。當訪問內存區域時，操作系統會發現它並沒有分配實際內存，此時，系統並不立即分配內存，而是等待其他內存釋放後再分配。這樣可以避免程序阻塞，提高程序性能，減少Page Fault數。

mmap+hugepage優化實例1

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main (void)
{
    int fd;
    void* p = mmap(NULL, 2*1024*1024, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE|MAP_HUGETLB, -1, 0);
    if (p == MAP_FAILED) {
        printf("errno=%d\n",errno);
        return -1;
    }
    printf("virtual space is allocated\n");
    while (getchar());
    munmap(p, 2*1024*1024);
    return 0;
}

mmap+hugepage優化實例2

void* alloc_hugepage(size_t size) {
    void* p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE|MAP_HUGETLB, -1, 0);
    if (p == MAP_FAILED) {
        return NULL;
    }
    return p;
} 
int main() {
    void* p = alloc_hugepage(2*1024*1024);
    if (p == NULL) {
        printf("alloc hugepage failed!\n");
        return -1;
    }
    printf("virtual space is allocated.\n");
    while (getchar());
    munmap(p, 2*1024*1024);
    printf("virtual space is freed.\n");
    return 0;
}

四、madvise hugepage是什麼

madvise hugepage是Linux內核提供的一種優化內存利用率的技術。由於一些特殊的應用程序需要使用大量內存，但一般的系統進程只會使用小塊內存，所以Linux內核提供了HugePage技術。HugePage允許一個進程使用大塊的內存頁，這些頁的大小都是2MB或者1GB。這些大頁（或超級頁面）雖然沒有能很好地減少缺頁異常，但它們極大地減少了TLB缺失率，從而使程序的性能得到提升。

使用HugePage的步驟是：

檢查系統是否支持HugePage（內核版本大於2.6.32）。
檢查系統是否配置了HugePage，如果沒有，需要手動修改內核參數。
按照HugePage的方式編寫程序。

HugePage可以通過標準的mmap調用獲得。在系統啟動時，機器統計了可以用於映射的物理內存數，然後自動創建一定數量的超級頁面。

madvise+hugepage優化實例

#include 
#include 
#include 
#define LENGTH (2*1024*1024)
#define HUGE_SIZE (2*1024*1024)
#define HUGE_MASK (HUGE_SIZE - 1)
int main(int argc, char** argv) {
    void* ptr;
    int pagemap_fd;
    char pagemap_file[BUFSIZ];
    int page_frame_number, pageshift;
    if (argc == 2) {
        ptr = mmap(NULL, LENGTH, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
        if(ptr == MAP_FAILED) {
            perror("Memory map failed");
            return EXIT_FAILURE;
        }
        page_frame_number = ((unsigned long)ptr & ~(HUGE_MASK)) >> pageshift;
        pageshift =  getpagesize();
        sprintf(pagemap_file, "/proc/self/pagemap");
        pagemap_fd = open(pagemap_file, O_RDONLY);
        if(pagemap_fd > pageshift;
        pageshift =  getpagesize();
        sprintf(pagemap_file, "/proc/self/pagemap");
        pagemap_fd = open(pagemap_file, O_RDONLY);
        if(pagemap_fd < 0) {
            perror("Unable to open /proc/self/pagemap");
            return EXIT_FAILURE;
        }
        if (pread(pagemap_fd, &page_frame_number, sizeof(int), page_frame_number*sizeof(int)) != sizeof(int)) {
            fprintf(stderr, "Failed to read pagemap\n");
            close(pagemap_fd);
            munmap(ptr, LENGTH);
            return EXIT_FAILURE;
        }
        close(pagemap_fd);
        printf("page frame number: %d, HugePage\n", page_frame_number);
    }
    while (getchar());
    munmap(ptr, LENGTH);
    return EXIT_SUCCESS;
}

原創文章，作者：ZKTZ，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/134673.html