Ошибка страницы системного вызова read() не зависит от размера файла

Я думаю, вы не поняли, в чем именно заключается pagefault. pagefault, согласно Википедии, является "ловушкой" (исключением), своего рода прерыванием, которое генерируется самим ЦП, когда программы пытаются получить доступ к чему-то, что не загружено в физическую память (но обычно уже зарегистрировано в виртуальной памяти, и его страница помечена как «не существующая» P: Текущий бит = 0).

Pagefault — это плохо, потому что заставляет ЦП остановить выполнение пользовательской программы и переключиться на ядро. И pagefaults в режиме ядра не так часто, потому что ядро ​​может проверять наличие страницы перед доступом к ней. Если функция ядра хочет что-то записать на новую страницу (в вашем случае это системный вызов read), она выделит страницу, явно вызвав распределитель страниц, а не пытаясь получить к ней доступ и вызвав ошибку pagefault. Меньше прерываний и меньше кода для выполнения с явным управлением памятью.

--- читать дело ---

Ваше чтение обрабатывается sys_read из fs/read_write.c< /а>. Вот цепочка вызовов (возможно, не точная):

472 SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count)
479                 ret = vfs_read(f.file, buf, count, &pos);
  vvv
353 ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
368                         ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);
  vvv

fs/ext4/file.c

626 const struct file_operations ext4_file_operations = {
628         .read           = do_sync_read,

... do_sync_read -> generic_file_aio_read -> do_generic_file_read

mm/filemap.c

1100 static void do_generic_file_read(struct file *filp, loff_t *ppos,
1119         for (;;) {
1120                 struct page *page;
1127                 page = find_get_page(mapping, index);
1128                 if (!page) {
1134                                 goto no_cached_page;  
  // osgx - case when pagecache is empty  ^^vv
1287 no_cached_page:
1288                 /*
1289                  * Ok, it wasn't cached, so we need to create a new
1290                  * page..
1291                  */
1292                 page = page_cache_alloc_cold(mapping);

include/linux/pagemap.h

233 static inline struct page *page_cache_alloc_cold(struct address_space *x)
235         return __page_cache_alloc(mapping_gfp_mask(x)|__GFP_COLD);
  vvv
222 static inline struct page *__page_cache_alloc(gfp_t gfp)
224         return alloc_pages(gfp, 0);

Таким образом, я могу отследить, что системный вызов read() заканчивается выделением страницы (alloc_pages) с помощью прямых вызовов. После выделения страницы системный вызов read() выполнит DMA-перенос данных с жесткого диска на новую страницу, а затем вернет ее пользователю (с учетом случая, когда файл не закеширован в pagecache). Если данные уже были в кэше страниц, read() (do_generic_file_read) будет повторно использовать существующую страницу из кэша страниц без фактического чтения с жесткого диска, создав дополнительное сопоставление.

После возврата read() все данные находятся в памяти, и доступ к ним для чтения не приведет к ошибке страницы.

--- дело mmap ---

Если вы перепишете тест, чтобы выполнить mmap()обработку вашего файла, а затем получите доступ (text[offset]) к отсутствующей странице вашего файла (ее не было в кэше страниц), произойдет настоящая ошибка страницы.

Все счетчики отказов страниц (perf stat и /proc/$pid/stat) обновляются ТОЛЬКО тогда, когда центральным процессором генерируются реальные ловушки отказов страниц. Вот обработчик ошибки страницы x86 arch/ x86/mm/fault.c, который будет работать

1224 dotraplinkage void __kprobes
1225 do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
1230         __do_page_fault(regs, error_code);
  vvv
1001 /*
1002  * This routine handles page faults.  It determines the address,
1003  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
1004  * routines.
1005  */
1007 __do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 /// HERE is the perf stat pagefault event generator VVV 
1101         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, regs, address);

и где-то позже обработчик pagefault вызовет handle_mm_fault - > handle_pte_fault -> __do_fault, заканчивающийся на vma->vm_ops->fault(vma, &vmf);.

Эта виртуальная функция fault была зарегистрирована в mmap, и я думаю, что это filemap_fault. Эта функция выполнит фактическое выделение страниц (__alloc_page) и чтение с диска в случае пустого кэша страниц (это будет считаться «серьезной» ошибкой страницы, поскольку требует внешнего ввода-вывода) или переназначит страницу из кэша страниц (если данные были предварительно загружены или уже в кэше страниц, считается «незначительной» ошибкой страницы, потому что это было сделано без внешнего ввода-вывода и, как правило, быстрее).

PS: Эксперименты на виртуальной платформе могут что-то изменить; например, даже после очистки дискового кеша (кэша страниц) в гостевой Fedora с помощью echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches данные с виртуального жесткого диска все еще могут кэшироваться основной ОС.