Более быстрый способ перемещения страницы памяти, чем mremap ()?
Я экспериментировал с mremap (). Я хотел бы иметь возможность перемещать страницы виртуальной памяти на высоких скоростях. По крайней мере более высокие скорости, чем их копирование. У меня есть несколько идей для алгоритмов, которые могли бы использовать возможность очень быстрого перемещения страниц памяти. Проблема в том, что программа ниже показывает, что mremap ()работает очень медленно --, по крайней мере, на моем ноутбуке i7 --по сравнению с фактическим копированием тех же страниц памяти побайтно.
Как работает исходный код теста? mmap ()256 МБ ОЗУ, что больше, чем у -кеша ЦП. Повторить 200 000 раз. На каждой итерации подкачивайте две случайные страницы памяти, используя определенный метод подкачки. Запускайте один раз и раз, используя метод подкачки страниц на основе mremap ()-. Запустите снова и время, используя метод обмена байтами -на -. Оказывается, что mremap ()управляет только 71 577 перестановками страниц в секунду, тогда как байт -по -байтовой копии управляет колоссальными 287 879 перестановками страниц в секунду. Таким образом, mremap ()в 4 раза медленнее, чем побайтовое копирование!
Вопросы:
Почему mremap ()работает так медленно?
Есть ли другой API для манипулирования сопоставлением страниц, вызываемый пользователем -или ядром -, который может быть быстрее?
Существует ли другой пользователь -земля или ядро -земля, вызываемое сопоставлением страниц API, позволяющее переназначать несколько, не -последовательных страниц за один вызов?
Существуют ли какие-либо расширения ядра, которые поддерживают такие вещи?
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define __USE_GNU
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/errno.h>
#include <asm/ldt.h>
#include <asm/unistd.h>
// gcc mremap.c && perl -MTime::HiRes -e '$t1=Time::HiRes::time;system(q[TEST_MREMAP=1./a.out]);$t2=Time::HiRes::time;printf qq[%u per second\n],(1/($t2-$t1))*200_000;'
// page size = 4096
// allocating 256 MB
// before 0x7f8e060bd000=0
// before 0x7f8e060be000=1
// before 0x7f8e160bd000
// after 0x7f8e060bd000=41
// after 0x7f8e060be000=228
// 71577 per second
// gcc mremap.c && perl -MTime::HiRes -e '$t1=Time::HiRes::time;system(q[TEST_COPY=1./a.out]);$t2=Time::HiRes::time;printf qq[%u per second\n],(1/($t2-$t1))*200_000;'
// page size = 4096
// allocating 256 MB
// before 0x7f1a9efa5000=0
// before 0x7f1a9efa6000=1
// before 0x7f1aaefa5000
// sizeof(i)=8
// after 0x7f1a9efa5000=41
// after 0x7f1a9efa6000=228
// 287879 per second
// gcc mremap.c && perl -MTime::HiRes -e '$t1=Time::HiRes::time;system(q[TEST_MEMCPY=1./a.out]);$t2=Time::HiRes::time;printf qq[%u per second\n],(1/($t2-$t1))*200_000;'
// page size = 4096
// allocating 256 MB
// before 0x7faf7c979000=0
// before 0x7faf7c97a000=1
// before 0x7faf8c979000
// sizeof(i)=8
// after 0x7faf7c979000=41
// after 0x7faf7c97a000=228
// 441911 per second
/*
* Algorithm:
* - Allocate 256 MB of memory
* - loop 200,000 times
* - swap a random 4k block for a random 4k block
* Run the test twice; once for swapping using page table, once for swapping using CPU copying!
*/
#define PAGES (1024*64)
int main() {
int PAGE_SIZE = getpagesize();
char* m = NULL;
unsigned char* p[PAGES];
void* t;
printf("page size = %d\n", PAGE_SIZE);
printf("allocating %u MB\n", PAGE_SIZE*PAGES / 1024 / 1024);
m = (char*)mmap(0, PAGE_SIZE*(1+PAGES), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
t = &m[PAGES*PAGE_SIZE];
{
unsigned long i;
for (i=0; i<PAGES; i++) {
p[i] = &m[i*PAGE_SIZE];
memset(p[i], i & 255, PAGE_SIZE);
}
}
printf("before %p=%u\n", p[0], p[0][0]);
printf("before %p=%u\n", p[1], p[1][0]);
printf("before %p\n", t);
if (getenv("TEST_MREMAP")) {
unsigned i;
for (i=0; i<200001; i++) {
unsigned p1 = random() % PAGES;
unsigned p2 = random() % PAGES;
// mremap(void *old_address, size_t old_size, size_t new_size,int flags, /* void *new_address */);
mremap(p[p2], PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, MREMAP_FIXED | MREMAP_MAYMOVE, t );
mremap(p[p1], PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, MREMAP_FIXED | MREMAP_MAYMOVE, p[p2]);
mremap(t , PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, MREMAP_FIXED | MREMAP_MAYMOVE, p[p1]); // p3 no longer exists after this!
} /* for() */
}
else if (getenv("TEST_MEMCPY")) {
unsigned long * pu[PAGES];
unsigned long i;
for (i=0; i<PAGES; i++) {
pu[i] = (unsigned long *)p[i];
}
printf("sizeof(i)=%lu\n", sizeof(i));
for (i=0; i<200001; i++) {
unsigned p1 = random() % PAGES;
unsigned p2 = random() % PAGES;
unsigned long * pa = pu[p1];
unsigned long * pb = pu[p2];
unsigned char t[PAGE_SIZE];
//memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
memcpy(t, pb, PAGE_SIZE);
memcpy(pb, pa, PAGE_SIZE);
memcpy(pa, t, PAGE_SIZE);
} /* for() */
}
else if (getenv("TEST_MODIFY_LDT")) {
unsigned long * pu[PAGES];
unsigned long i;
for (i=0; i<PAGES; i++) {
pu[i] = (unsigned long *)p[i];
}
printf("sizeof(i)=%lu\n", sizeof(i));
// int modify_ldt(int func, void *ptr, unsigned long bytecount);
//
// modify_ldt(int func, void *ptr, unsigned long bytecount);
// modify_ldt() reads or writes the local descriptor table (ldt) for a process. The ldt is a per-process memory management table used by the i386 processor. For more information on this table, see an Intel 386 processor handbook.
//
// When func is 0, modify_ldt() reads the ldt into the memory pointed to by ptr. The number of bytes read is the smaller of bytecount and the actual size of the ldt.
//
// When func is 1, modify_ldt() modifies one ldt entry. ptr points to a user_desc structure and bytecount must equal the size of this structure.
//
// The user_desc structure is defined in <asm/ldt.h> as:
//
// struct user_desc {
// unsigned int entry_number;
// unsigned long base_addr;
// unsigned int limit;
// unsigned int seg_32bit:1;
// unsigned int contents:2;
// unsigned int read_exec_only:1;
// unsigned int limit_in_pages:1;
// unsigned int seg_not_present:1;
// unsigned int useable:1;
// };
//
// On success, modify_ldt() returns either the actual number of bytes read (for reading) or 0 (for writing). On failure, modify_ldt() returns -1 and sets errno to indicate the error.
unsigned char ptr[20000];
int result;
result = modify_ldt(0, &ptr[0], sizeof(ptr)); printf("result=%d, errno=%u\n", result, errno);
result = syscall(__NR_modify_ldt, 0, &ptr[0], sizeof(ptr)); printf("result=%d, errno=%u\n", result, errno);
// todo: how to get these calls returning a non-zero value?
}
else {
unsigned long * pu[PAGES];
unsigned long i;
for (i=0; i<PAGES; i++) {
pu[i] = (unsigned long *)p[i];
}
printf("sizeof(i)=%lu\n", sizeof(i));
for (i=0; i<200001; i++) {
unsigned long j;
unsigned p1 = random() % PAGES;
unsigned p2 = random() % PAGES;
unsigned long * pa = pu[p1];
unsigned long * pb = pu[p2];
unsigned long t;
for (j=0; j<(4096/8/8); j++) {
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
t = *pa; *pa ++ = *pb; *pb ++ = t;
}
} /* for() */
}
printf("after %p=%u\n", p[0], p[0][0]);
printf("after %p=%u\n", p[1], p[1][0]);
return 0;
}
Обновление :Чтобы нам не нужно было задаваться вопросом, насколько быстрым является «круговое -путешествие в пространство ядра», вот еще одна программа тестирования производительности, которая показывает, что мы можем вызвать getpid ()3 раза подряд,81 916 192 раз в секунду на том же ноутбуке i7:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
// gcc getpid.c && perl -MTime::HiRes -e '$t1=Time::HiRes::time;system(q[TEST_COPY=1./a.out]);$t2=Time::HiRes::time;printf qq[%u per second\n],(1/($t2-$t1))*100_000_000;'
// running_total=8545800085458
// 81916192 per second
/*
* Algorithm:
* - Call getpid() 100 million times.
*/
int main() {
unsigned i;
unsigned long running_total = 0;
for (i=0; i<100000001; i++) {
/* 123123123 */
running_total += getpid();
running_total += getpid();
running_total += getpid();
} /* for() */
printf("running_total=%lu\n", running_total);
}
Обновление 2 :Я добавил WIP-код для вызова функции, которую я обнаружил под названием Modify _ldt (). Страница руководства намекает, что возможно манипулирование страницей. Однако, что бы я ни пытался, функция всегда возвращает ноль, когда я ожидаю, что она вернет количество прочитанных байтов. 'man change _ldt' говорит: «В случае успеха, modify _ldt ()возвращает либо фактическое количество прочитанных байтов (для чтения ), либо 0 (для записи ). При ошибке, modify _ldt ()возвращает -1 и устанавливает errno для указания ошибки." Любые идеи (и ), будут ли модификации _ldt ()альтернативой mremap ()? и (b ), как заставить работать изменение _ldt ()?