mlock家族：锁定物理内存

锁住内存是为了防止这段内存被操作系统swap掉。并且由于此操作风险高，仅超级用户可以执行。

看家族成员：

       #include <sys/mman.h>

       int mlock(const void *addr, size_t len);

       int munlock(const void *addr, size_t len);

       int mlockall(int flags);

       int munlockall(void);

 

    系统调用 mlock 家族允许程序在物理内存上锁住它的部分或全部地址空间。这将阻止Linux 将这个内存页调度到交换空间（swap space），即使该程序已有一段时间没有访问这段空间。

一个严格时间相关的程序可能会希望锁住物理内存，因为内存页面调出调入的时间延迟可能太长或过于不可预知。安全性要求较高的应用程序可能希望防止敏感数据被换出到交换文件中，因为这样在程序结束后，攻击者可能从交换文件中恢复出这些数据。

     锁定一个内存区间只需简单将指向区间开始的指针及区间长度作为参数调用 mlock。Linux 分配内存到页(page)且每次只能锁定整页内存，被指定的区间涉及到的每个内存页都将被锁定。getpagesize 函数返回系统的分页大小，在 x86 Linux 系统上，这个值是 4KB。

简单的测试程序：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>

int main()
{
        int i = getpagesize();
        printf("page size = %d.\n",i);
        return 0;
}

 

举个例子来说，分配 32Mb 的地址空间并把它锁进内存中，您需要使用如下的代码：

const int alloc_size = 32 * 1024 * 1024; char* memory = malloc (alloc_size); mlock (memory, alloc_size);

需注意的是，仅分配内存并调用 mlock 并不会为调用进程锁定这些内存，因为对应的分页可能是写时复制（copy-on-write）的⁵。因此，你应该在每个页面中写入一个假的值：

size_t i; size_t page_size = getpagesize (); for (i = 0; i < alloc_size; i += page_size) memory[i] = 0;

这样针对每个内存分页的写入操作会强制 Linux 为当前进程分配一个独立、私有的内存页。

要解除锁定，可以用同样的参数调用 munlock。

如果你希望程序的全部地址空间被锁定在物理内存中，请用 mlockall。这个系统调用接受一个参数；如果指定 MCL_CURRENT，则仅仅当前已分配的内存会被锁定，之后分配的内存则不会；MCL_FUTURE 则会锁定之后分配的所有内存。使用 MCL_CURRENT|MCL_FUTURE 将已经及将来分配的所有内存锁定在物理内存中。

锁定大量的内存，尤其是通过 mlockall，对整个系统而言可能是危险的。不加选择的内存加锁会把您的系统折磨到死机，因为其余进程被迫争夺更少的资源的使用权，并且会更快地被交换进出物理内存（这被称之为 thrashing）。如果你锁定了太多的内存，Linux 系统将整体缺乏必需的内存空间并开始杀死进程。

出于这个原因，只有具有超级用户权限的进程才能利用 mlock 或 mlockall 锁定内存。如果一个并无超级用户权限的进程调用了这些系统调用将会失败、得到返回值 -1 并得到 errno 错误号 EPERM。

munlock 系统调用会将当前进程锁定的所有内存解锁，包括经由 mlock 或 mlockall 锁定的所有区间。

 

一个监视程序内存使用情况的方便方法是使用top命令。在top的输出中，SIZE显示了每个程序的虚地址空间的大小（您的整个程序代码、数据、栈，其中一些应该已被交换出到交换区间）。RSS 列（Resident set size，持久集合大小）显示了程序所占用的的物理内存大小。所有当前运行程序的 RSS 数值总和不会超过您的计算机物理内存大小，并且所有地址空间的大小限制值为2GB（对于32字节版本的Linux来说）

如果您使用了mlock系统调用，请引入<sys/mman.h>头文件。

5 Copy-on-write 写时复制意味着仅当进程在内存区间的任意位置写入内容时，Linux 系统才会为进程创建该区内存的私有副本。

 

给一段示例程序：

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

const int alloc_size = 32 * 1024 * 1024;//分配32M内存
int main()
{
        char *memory = malloc(alloc_size);
        if(mlock(memory,alloc_size) == -1) {
                perror("mlock");
                return (-1);
        }
        size_t i;
        size_t page_size = getpagesize();
        for(i=0;i<alloc_size;i+=page_size) {
                printf("i=%zd\n",i);
                memory[i] = 0;
        }

        if(munlock(memory,alloc_size) == -1) {
                perror("munlock");
                return (-1);
        }

        return 0;
}

记住用root权限执行。

 

Copy On Write（写时复制）是在编程中比较常见的一个技术，面试中也会偶尔出现（好像Java中就经常有字符串写时复制的笔试题），今天在看《More Effective C++》的引用计数时就讲到了Copy On Write——写时复制。下面简单介绍下Copy On Write(写时复制)，我们假设STL中的string支持写时复制（只是假设，具体未经考证，这里以Mircosoft Visual Studio 6.0为例，如果有兴趣，可以自己翻阅源码）

Copy On Write(写时复制)的原理是什么？
有一定经验的程序员应该都知道Copy On Write(写时复制)使用了“引用计数”，会有一个变量用于保存引用的数量。当第一个类构造时，string的构造函数会根据传入的参数从堆上分配内存，当有其它类需要这块内存时，这个计数为自动累加，当有类析构时，这个计数会减一，直到最后一个类析构时，此时的引用计数为1或是0，此时，程序才会真正的Free这块从堆上分配的内存。
引用计数就是string类中写时才拷贝的原理！

什么情况下触发Copy On Write(写时复制)
很显然，当然是在共享同一块内存的类发生内容改变时，才会发生Copy On Write(写时复制)。比如string类的[]、=、+=、+等，还有一些string类中诸如insert、replace、append等成员函数等，包括类的析构时。

 

示例代码：

// 作者：代码疯子
// 博客：http://www.programlife.net/
// 引用计数 & 写时复制
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    string sa = "Copy on write";
    string sb = sa;
    string sc = sb;
    printf("sa char buffer address: 0x%08X\n", sa.c_str());
    printf("sb char buffer address: 0x%08X\n", sb.c_str());
    printf("sc char buffer address: 0x%08X\n", sc.c_str());

    sc = "Now writing...";
    printf("After writing sc:\n");
    printf("sa char buffer address: 0x%08X\n", sa.c_str());
    printf("sb char buffer address: 0x%08X\n", sb.c_str());
    printf("sc char buffer address: 0x%08X\n", sc.c_str());

    return 0;
}

// 作者：代码疯子
// 博客：http://www.programlife.net/
// 引用计数 & 写时复制
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    string sa = "Copy on write";
    string sb = sa;
    string sc = sb;
    printf("sa char buffer address: 0x%08X\n", sa.c_str());
    printf("sb char buffer address: 0x%08X\n", sb.c_str());
    printf("sc char buffer address: 0x%08X\n", sc.c_str());

    sc = "Now writing...";
    printf("After writing sc:\n");
    printf("sa char buffer address: 0x%08X\n", sa.c_str());
    printf("sb char buffer address: 0x%08X\n", sb.c_str());
    printf("sc char buffer address: 0x%08X\n", sc.c_str());

    return 0;
}