我有以下代码，用两次零一次，一次向前和一次一次向后写入一个全局数组。
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE 100000000
char c[SIZE];
char c2[SIZE];
int main()
{
int i;
clock_t t = clock();
for(i = 0; i < SIZE; i++)
c[i] = 0;
t = clock() - t;
printf("%d\n\n", t);
t = clock();
for(i = SIZE - 1; i >= 0; i--)
c[i] = 0;
t = clock() - t;
printf("%d\n\n", t);
}
我已经运行了几次，第二张打印总是显示较小的值...
但是，如果在其中一个循环中将更改c更改为c2，则两次打印之间的时间差可以忽略不计...造成这种差异的原因是什么？
编辑：
我尝试使用-O3进行编译，并查看了程序集：有2个对memset的调用，但是第二个仍在打印较小的值。
最佳答案
当您在C中定义一些全局数据时，它会被零初始化：
char c[SIZE];
char c2[SIZE];
在linux（unix）世界中，这意味着
c和c2都将被分配在特殊的ELF文件部分.bss中：...包含最初仅由零值位表示的静态分配变量的数据段
创建
.bss段的目的是不将所有零存储在二进制文件中，它只是说“该程序希望具有200MB的归零内存”。加载程序时，ELF加载器（在经典静态二进制文件中为内核，或者为
ld.so动态加载器，也称为interp）将为.bss分配内存，通常类似于mmap和MAP_ANONYMOUS标志和READ + WRITE权限/保护请求。但是OS内核中的内存管理器不会为您提供全部200 MB的零内存。而是将进程的虚拟内存的一部分标记为零初始化，并且此内存的每一页都指向物理内存中的特殊零页。该页面有4096个字节的零字节，因此，如果您从
c或c2进行读取，则将得到零字节。并且这种机制允许内核减少内存需求。到零页的映射是特殊的。它们被标记（在page table中）为只读。当您第一次写入任何此类虚拟页面时，General protection fault或pagefault异常将由硬件生成（我将说是由MMU和TLB）。该错误将由内核处理，在您的情况下，将由minor pagefault处理程序处理。它将分配一个物理页面，将其填充为零字节，然后将刚刚访问的虚拟页面的映射重置为该物理页面。然后它将重新运行错误的指令。
我对您的代码进行了一些转换（两个循环都移到了单独的函数中）：
$ cat b.c
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE 100000000
char c[SIZE];
char c2[SIZE];
void FIRST()
{
int i;
for(i = 0; i < SIZE; i++)
c[i] = 0;
}
void SECOND()
{
int i;
for(i = 0; i < SIZE; i++)
c[i] = 0;
}
int main()
{
int i;
clock_t t = clock();
FIRST();
t = clock() - t;
printf("%d\n\n", t);
t = clock();
SECOND();
t = clock() - t;
printf("%d\n\n", t);
}
用
gcc b.c -fno-inline -O2 -o b编译，然后在linux的perf stat或更通用的/usr/bin/time下运行以获取pagefault计数：$ perf stat ./b
139599
93283
Performance counter stats for './b':
....
24 550 page-faults # 0,100 M/sec
$ /usr/bin/time ./b
234246
92754
Command exited with non-zero status 7
0.18user 0.15system 0:00.34elapsed 99%CPU (0avgtext+0avgdata 98136maxresident)k
0inputs+8outputs (0major+24576minor)pagefaults 0swaps
因此，我们有24.5万次次要的页面错误。如果x86 / x86_64上的标准页面大小为4096，则接近100兆字节。
使用
perf record / perf report linux profiler，我们可以找到发生页面错误的位置（生成）：$ perf record -e page-faults ./b
...skip some spam from non-root run of perf...
213322
97841
[ perf record: Woken up 1 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.018 MB perf.data (~801 samples) ]
$ perf report -n |cat
...
# Samples: 467 of event 'page-faults'
# Event count (approx.): 24583
#
# Overhead Samples Command Shared Object Symbol
# ........ ............ ....... ................. .......................
#
98.73% 459 b b [.] FIRST
0.81% 1 b libc-2.19.so [.] __new_exitfn
0.35% 1 b ld-2.19.so [.] _dl_map_object_deps
0.07% 1 b ld-2.19.so [.] brk
....
因此，现在我们可以看到，只有
FIRST函数会生成pagefaults（在第一次写入bss页面时），而SECOND不会生成任何内容。每个pagefault都对应于OS内核完成的某些工作，并且该工作仅每bss页完成一次（因为bss未被取消映射并重新映射回去）。关于c - 为什么BSS中静态数组上的第二个循环比第一个循环快？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/56845032/