5 Pre-Faulting e Ottimizzazioni di Azzeramento

Subire un VM fault non è costoso se la pagina sottostante è già nella memoria fisica e deve solo essere mappata di nuovo nel processo, ma può divenire costoso nel caso se ne subiscano un bel po' su base regolare. Un buon esempio di ciò si ha eseguendo un programma come ls(1) o ps(1) ripetutamente. Se il binario del programma è mappato in memoria ma non nella tabella delle pagine, allora tutte le pagine che verranno accedute dal programmma dovranno generare un page fault ogni volta che il programma viene eseguito. Ciò non è necessario quando le pagine in questione sono già nella cache della VM, quindi FreeBSD tenterà di pre-popolare le tabelle delle pagine di un processo con quelle pagine che sono già nella VM Cache. Una cosa che FreeBSD non fa ancora è effettuare il pre-copy-on-write di alcune pagine nel caso di una chiamata a exec. Ad esempio, se esegui il programma ls(1) mentre stai eseguendo vmstat 1 noterai che subisce sempre un certo numero di page fault, anche eseguendolo ancora e ancora. Questi sono zero-fill fault, legati alla necessità di azzerare memoria, non program code fault, legati alla copia dell'eseguibile in memoria (che erano già stati gestiti come pre-fault). Pre-copiare le pagine all'exec o alla fork è un'area che potrebbe essere soggetta a maggior studio.

Una larga percentuale dei page fault che accadono è composta di zero-fill fault. In genere è possibile notare questo fatto osservando l'output di vmstat -s. Questi accadono quando un processo accede a pagine nell'area del BSS. Ci si aspetta che l'area del BSS sia composta inizialmente da zeri ma il sistema della VM non si preoccupa di allocare nessuna memoria finché il processo non ne ha effettivamente bisogno. Quindi nel momento in cui accade un fault il sistema della VM non deve solo allocare una nuova pagina, ma deve anche azzerarla. Per ottimizzare l'operazione di azzeramento, il sistema della VM ha la capacità di pre-azzerare le pagine e segnalarle come tali, e di richiedere pagine pre-azzerate quando avvengono zero-fill fault. Il pre-azzeramento avviene quando la CPU è inutilizzata ma il numero di pagine che vengono pre-azzerate dal sistema è limitato per evitare di spazzare via la cache della memoria. Questo è un eccellente esempio di complessità aggiunta al sistema della VM per ottimizare il percorso critico.