[질문] page fault

* 참고로 보시기 바랍니다.
ru_minflt
the number of page faults serviced without any I/O activity;
here I/O activity is avoided by "reclaiming" a page frame from
the list of pages awaiting reallocation.
ru_majflt
the number of page faults serviced that required I/O activity.

참고 :
페이지폴트는 유닉스 계열의 메모리 관리 메카니즘입니다.
먼저 폴트의 원리를 이해해야 합니다.
유닉스는 메모리할당요청이 들어오면 그 즉시 메모리를 할당하지 않습니다.
메모리를 할당하는 시점은 해당 메모리번지가 레퍼런스(액세스)되었을때,
할당을 하게됩니다.
이 말을 잘 생각해보면, 메모리가 실제 할당이 안되었는데, 메모리를 액세스한다?
라는 의문점이 생기겠지요? 당연히, 할당이 안되어 있는 메모리를 액세스했으니,
exception이 발생하지요. 이 경우 exception의 3가지중 하나인 fault가 발생합니다.
가상메모리 메카니즘과 연동하여 의미를 확장하면, 메모리가 디스크로 swap되었다라고
가정해보세요. 그런데, 해당 메모리 번지를 액세스한다면, 이때도 exception이
발생하겠지요? 이때는 해당 메모리 페이지를 주기억장치로 swap해야하겠지요.
그런데, 주기억장치에 비어있는(사용하지 않는) 페이지가 있다면 단순히 해당페이지를 reclaim하면
되겠지만, 비어있는 페이지가 없다면 이때는 가장 덜 사용된 페이지를 디스크등으로
swap 시킨후에 그곳에 원하는 페이지(fault가 난 페이지)를 올려야겠지요?
제가 보기에는 이 두가지를 의미하는 것으로 보입니다.(음... 이 구조체 변수를
실제 사용해본적이 없어서 단지 추측일뿐입니다.)

* 참고 : Fault handler
exception의 3가지 중 하나인 fault는 handler를 달 수 있는 메카니즘을
제공합니다. 즉, recovery루틴을 달 수 있다고 생각하십시요. 또는, 시그널 핸들러와
유사한 루틴을 달수 있다고 보셔도 되고요. 콜백루틴을 달았다고 보셔도 유사합니다.
이러한 루틴을 fault handler라고 부릅니다. 이 폴트핸들러내에서 swap이나
메모리 할당등을 수행하게 됩니다.
다음 시나리오를 예로 들수있겠지요.
1) str = (char *)malloc(100); // 에러검사 안해요. 왜냐면 여기선 귀찮아서....--;
2) *(str +5) = 'a';
3) fault발생
4) 운영체제는 적절한 알고리즘으로 해당 폴트에 대한 핸들링을 수행
5) 다시 2)라인을 재수행하게 함; 이때는 정상적으로 해당 번지에 값을 넣을 수 있음
위에서 3,4,5는 폴트핸들링의 기본 루틴(골격)입니다. 사용자 프로그램은 감지 못합니다.
참 그리고, 이러한 핸들러를 작성할 수 있는 메카니즘제공은 CPU가해주는게 보통이며,
핸들러(소프트웨어)는 운영체제 제작자가 짜는겁니다요. kernel소스에 있겠지요?!

int getrusage(struct task_struct *p, int who, struct rusage *ru)
{
    struct rusage r;

    switch(who) {
         case RUSAGE_SELF:
               r.ru_minflt = p->minflt;
               r.ru_majflt = p->majflt;

                         ...
}

majflt 와 minflt 는 프로세스 별로 page fault 예외를 처리하는 횟수를 기록해두는 필드입니다.

리눅스에서는 프로세스가 요청한 페이지를 바로바로 할당해 주지 않고
프로세스가 그 페이지를 실제로 사용하는 시점까지 할당을 미루게 됩니다.
이것은 프로세스가 처음부터 자신의 주소 공간에 들어있는 모든 주소에 접근하지는 않는다는
관찰 결과에서 비롯된 것입니다... (라고 책에 나와있군요.. ^^; )

암튼 그래서 해당하는 페이지가 프로세스가 사용하기로 한 주소공간에는 들어있지만 실제로 할당받지 않은 경우에
페이지 폴트가 일어나게 되고
이때는 단순히? 페이지를 요청(reclaim) 하여 새로 할당받기 때문에
디스크에는 접근할 필요가 없게 됩니다.
이것을 minor page fault 라고 하며 이때 프로세스의 minflt 값을 증가시킵니다.

하지만 이미 할당받은 페이지가 스왑 아웃되어 디스크 상에 저장되어 있을 때
이 페이지에 대한 접근이 일어나게 되면
역시 페이지 폴트가 일어나게 되고
이때는 디스크 상의 페이지를 메모리로 스왑 인 하게 됩니다.
이것을 major page fault 라고 하며 이때는 프로세스의 majflt 값과 mm->rss 값을 증가시킵니다.