是否可以通过修改页表来移动内存页？

Question

是否有可能(在任何合理的操作系统上，最好是Linux上)通过只修改页表而不实际移动任何数据来交换两个内存页的内容？

动机是密集的矩阵转置。如果数据是按页大小阻塞的，那么可以转置页内的数据(在缓存中)，然后交换页以将块移动到它们的最终位置。一个大的矩阵会有很多很多的页面被移动，所以希望刷新TLB不会造成麻烦。

Answer 1

我认为内存映射文件可以做到这一点，但我想我自己从来没有尝试过。使用带有MAP_ANONYMOUS的mmap来映射纯虚拟地址(无物理文件备份)。然后，你可以将你的“文件”重新映射到VA的不同区域，从而获得有效的零拷贝语义。在Windows中，您可以使用带有使用CreateMapOfFile(INVALID_HANDLE_VALUE，...)创建的文件映射句柄的MapViewOfFile，但请注意，在NT上，您无法控制重新映射的目标(即.新映射的VA地址是函数调用的输出)，并且在Linux上，所需的地址被作为提示。

如果这不起作用，那么您可能需要在内核中创建一个内存管理器模块，这对于任何实际项目都是不可行的。

Answer 2

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define __USE_GNU
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

int main() {
    int PAGE_SIZE = getpagesize();
    char* m = NULL;
    void* temp;

    printf("page size = %d\n", PAGE_SIZE);

    m = (char*)mmap(0, PAGE_SIZE*3, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    temp = m+PAGE_SIZE*2;

    memset(m, '0', PAGE_SIZE);
    memset(m+PAGE_SIZE, '1', PAGE_SIZE);

    printf("before %c %c\n", m[0], m[PAGE_SIZE]);

    mremap(m + PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, MREMAP_FIXED | MREMAP_MAYMOVE, temp); 
    mremap(m, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, MREMAP_FIXED | MREMAP_MAYMOVE, m+PAGE_SIZE); 
    mremap(temp, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, MREMAP_FIXED | MREMAP_MAYMOVE, m); 


    printf("after %c %c\n", m[0], m[PAGE_SIZE]);
    return 0;
}

Answer 3

当然，理论上是这样的。在实践中，我认为可以使用mmap()以这种方式移动system V样式的共享内存块。