Книга: Программирование для Linux. Профессиональный подход

8.8. Семейство функций mlock(): блокирование физической памяти

8.8. Семейство функций mlock(): блокирование физической памяти

Функции семейства mlock() позволяют программе блокировать часть своего адресного пространства в физической памяти. Заблокированные страницы не будут выгружены операционной системой в раздел подкачки, даже если программа долго к ним не обращалась.

Блокирование физической памяти важно в программах реального времени, поскольку задержки, связанные с выгрузкой и подкачкой страниц, могут оказаться слишком длинными или возникать в самый неподходящий момент. Приложения, заботящиеся о безопасности своих данных, могут устанавливать запрет на выгрузку важных данных в файл подкачки, в котором они станут доступны злоумышленнику после завершения программы.

Чтобы заблокировать область памяти, достаточно вызвать функцию mlock(), передав ей указатель на начало области и значение длины области. ОС Linux разбивает память на страницы и соответственно блокирует ее постранично: любая страница, которую захватывает (хотя бы частично) заданная в функции mlock() область памяти, окажется заблокированной. Определить размер системной страницы позволяет функция getpagesize(). В Linux-системах, работающих на платформе x86, эта величина составляет 4 Кбайт.

Вот как можно выделить и заблокировать 32 Мбайт оперативной памяти:

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

Выделение страницы и блокирование ее с помощью функции mlock() еще не означает, что эта страница будет предоставлена данному процессу, поскольку выделение памяти может происходить в режиме копирования при записи.[29] Следовательно, каждую страницу необходимо проинициализировать:

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

Процессу, осуществляющему запись на страницу, операционная система предоставит в монопольное использование ее уникальную копию.

Для разблокирования области памяти следует вызвать функцию munlock(), передав ей те же аргументы, что и функции mlock().

Функция mlockall() блокирует все адресное пространство программы и принимает единственный флаговый аргумент. Флаг MCL_CURRENT означает блокирование всей выделенной на данный момент памяти, но не той, что будет выделяться позднее. Флаг MCL_FUTURE задает блокирование всех страниц, выделенных после вызова функции mlockall(). Сочетание флагов MCL_CURRENT | MCL_FUTURE позволяет блокировать всю память программы, как текущую, так и будущую.

Блокирование больших объемов памяти, особенно с помощью функции mlockall(), несет потенциальную угрозу всей системе. Несправедливое распределение оперативной памяти приведет к катастрофическому снижению производительности системы, так как остальным процессам придется сражаться друг с другом за небольшой "клочок" памяти, вследствие чего они будут постоянно выгружаться на диск и загружаться обратно. Может даже возникнуть ситуация, когда оперативная память закончится и система начнет уничтожать процессы. По этой причине функции mlock() и mlockall() доступны лишь суперпользователю. Если какой-нибудь другой пользователь попытается вызвать одну из этих функций, она вернёт значение -1, а в переменную errno будет записан код EPERM.

Функция munlосkall() разблокирует всю память текущего процесса.

Контролировать использование памяти удобнее всего с помощью команды top. В колонке SIZE ее выходных данных показывается размер виртуального адресного пространства каждой программы (общий размер сегментов кода, данных и стека с учетом выгруженных страниц). В колонке RSS приводится объем резидентной части программы. Сумма значений в столбце RSS не может превышать имеющийся объем ОЗУ, а суммарный показатель по столбцу SIZE не может быть больше 2 Гбайт (в 32-разрядных версиях Linux).

Функции семейства mlock() объявлены в файле <sys/mman.h>.

Оглавление книги