如何编写一个简单的“页面错误生成器”？

Question

我需要模拟一种情况，即因内存不足而出现大量页面交换的情况，以便进行有关Linux内核的课程项目。

我想编写一个需要大量物理内存的程序，这样由此程序访问的页面将被多次交换进和交换出。

- Neo

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使用calloc。请参阅以下线程：http://superuser.com/questions/278855/a-linux-program-that-uses-memory和https://dev59.com/jlLTa4cB1Zd3GeqPa3xE。 - RaGe

Answer 1

首先，您需要分配一个比RAM大小更大的缓冲区。我希望您正在运行64位操作系统或已启用PAE。如果您有4GB的RAM，则需要类似以下的东西：

double* pBigArray = (double*)malloc(sizeof(double) * 536870912); 
// You actually need more than that. This is just 4GB.

现在，仅拥有比RAM大小更大的数组是不够的。重要的是如何访问它。如果您只是连续读取元素，则CPU中的硬件预取器将会把一些程序将要读取的数据带到缓存中。

为了生成许多页面错误，您需要从不在RAM中的地址读取。

为此，有一个简单的方法，通过随机读取数组来实现：

double lfBigChecksum = 0.0;
while (true)
{
   int iIndex = rand() % BUFFER_SIZE;
   lfBigChecksum += pBigArray[iIndex];
}

如果您有一个8GB的数组和4GB的RAM，那么一半的读取将会是页面错误（并且会从硬盘中的交换空间中获取）。

- VAndrei

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好答案。只是好奇，为什么要分配“双精度”而不是单字节字符？他可以很容易地写malloc(4294967296ULL);。 - selbie

嗯，因为缓存行可以容纳的双精度浮点数较少（仅为8个），而字符则可以容纳64个，这样命中相同缓存行的机会就减少了。除此之外，没有其他真正的原因。 - VAndrei

此外，如果他正在运行32位操作系统，他将无法分配4GB。malloc会立即放弃并返回NULL。他可以在一个循环中分配100MB，直到malloc返回NULL。如果需要，在32位上可以有多个程序实例运行以强制页面交换。 - selbie

没错。希望他已经启用了64位或PAE。如果没有，你提出的方案似乎是一个不错的解决方案。 - VAndrei

以上代码需要注意一件事情。rand()只返回0-0x7fffffff之间的值。我猜如果他使用双数组而不是像我想的那样使用字符数组，这个问题就会隐式地解决。但是他可以在循环中这样说：size_t iIndex = rand()|(((size_t)rand())<<8) % BUFFER_SIZE; - selbie

Answer 2

你可以通过动态分配大量空间并不使用它来消耗大量内存。例如在C++中，你可以这样做：

int *foo = new int[10000000];

这将会占用40MB的内存（假设你的int是4个字节），但并不会对其进行任何操作。如果多次执行此操作（可能需要在几个进程中分散执行），那么你的RAM将很快被耗尽。

- David says Reinstate Monica

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根据我的理解，除非我使用分配的内存，否则物理内存不会受到影响（只有虚拟内存被分配）。这不是这种情况吗？David Grinberg - Neo

@Venkatesh，你正在“使用”它。在C++中我们使用了愚笨指针，它无法智能地判断你是否真正使用了它。仅仅通过声明就已经使用了内存。你可以自己试一下——在运行之前检查一下你的内存，然后运行这个程序，在其运行时再次检查内存（确保在结尾处加上while(true)）。 - David says Reinstate Monica

我正在使用C语言。并且我使用int *foo = malloc(10000000);分配了动态内存。然而，我的RSS只有356 KB（由/proc/$pid/status报告）。 - Neo