将内存锁定在物理内存

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在大多数操作系统中，操作系统内核负责管理物理内存和虚拟内存。应用程序通常与虚拟内存进行交互，而不是直接与物理内存交互。这意味着，当你在程序中申请内存时（例如，使用C/C++中的malloc或new），你实际上是在申请虚拟内存空间。操作系统负责将这些虚拟内存映射到物理内存上，而且这种映射是动态的，可以发生改变。如果需要，操作系统会将不活跃的内存页交换（swap）到磁盘上。

尽管直接控制物理内存不是通常程序所做的，但在某些特定场景下，如需要确保数据处理的实时性，避免交换带来的延迟，你可能希望申请的内存常驻物理内存。在Linux系统中，可以通过以下几种方式来实现：

1. mlock和mlockall

  • mlock函数允许你锁定进程地址空间中的一部分，使其常驻内存，不被交换到磁盘上。
  • mlockall函数可以锁定调用进程的所有映射内存，包括后续映射的内存。

使用这些函数需要相应的权限（通常是超级用户权限），因为它们会影响操作系统的内存管理策略。

示例代码：

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

int main() {
    void* buffer = malloc(1024 * 1024 * 1024); // 申请1MB内存
    if (buffer == NULL) {
        perror("malloc failed");
        return 1;
    }

    // 尝试锁定内存
    if (mlock(buffer, 1024 * 1024 * 1024) != 0) {
        perror("mlock failed");
        free(buffer);
        return 1;
    }

    // 你的代码，使用内存...
    int a;
    scanf("%d", &a);

    // 解锁内存
    munlock(buffer, 1024 * 1024 * 1024);
    free(buffer);
    return 0;
}

2. 使用madvise

  • madvise函数提供了一种机制，告诉内核如何处理申请的内存区域的预期使用模式。虽然madvise并不直接锁定内存，但是它的MADV_WILLNEED标志可以用来建议内核预加载某个区域的数据，这在某种程度上可以减少页面错误和提高访问速度。