mlock家族：锁定物理内存

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mlock家族：锁定物理内存

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。

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.nman.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。