为何使用mmap的rg(ripgrep)会触发更多minor page fault？

我用rg结合perf对比了mmap与pread的性能，以minor page fault作为核心指标，实验结果如下：

mmap模式 #

执行命令：

perf stat -e major-faults,minor-faults  rg -j1 -F 123 a-big-file --mmap

性能统计：

0      major-faults
           509      minor-faults

   0.002241400 seconds time elapsed

   0.000000000 seconds user
   0.002221000 seconds sys

非mmap模式（pread） #

执行命令：

perf stat -e major-faults,minor-faults  rg -j1 -F 123 a-big-file --no-mmap

性能统计：

0      major-faults
           396      minor-faults

   0.002911774 seconds time elapsed

   0.002890000 seconds user
   0.000000000 seconds sys

空文件的mmap模式测试 #

执行命令：

rg -j1 -F 123 empty_file --mmap

对应的perf统计结果：

0      major-faults
           393      minor-faults

   0.001652534 seconds time elapsed

   0.000000000 seconds user
   0.001648000 seconds sys

从结果可见，使用mmap会触发更多的minor page fault，怀疑是munmap操作导致，想知道在Linux中如何深度追踪定位引发这些minor page fault的代码。

1. 用perf record + perf report捕获调用栈 #

这是最直接的方式，能快速定位触发页错误的函数链：

• 记录事件与调用栈：

perf record -g -e minor-faults rg -j1 -F 123 a-big-file --mmap

参数说明：-g开启调用栈记录，-e minor-faults指定只追踪minor页错误事件。

• 分析记录数据：

perf report

在报告中可以按函数名筛选，重点查看与munmap相关的调用链，确认它是否关联了minor page fault事件。

2. 用ftrace关联munmap调用与页错误 #

ftrace可细粒度追踪内核和用户态的函数调用，能明确两者的时序关系：

• 先挂载debugfs（未挂载时执行）：

mount -t debugfs none /sys/kernel/debug

• 开启目标追踪事件：

echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/mm/minor_fault/enable
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_enter_munmap/enable

• 启动追踪并执行测试命令：

echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
rg -j1 -F 123 a-big-file --mmap
echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on

• 查看追踪日志：

cat /sys/kernel/debug/tracing/trace

通过进程PID匹配munmap调用和minor page fault事件，判断是否存在因果关联。

3. 用gdb断点调试定位用户态代码 #

如果问题出在用户态逻辑，gdb能精准定位代码行：

• 启动gdb加载rg：

gdb rg

• 在munmap处设断点：

break munmap

• 运行测试命令：

run -j1 -F 123 a-big-file --mmap

• 触发断点时查看调用栈：

bt

还可配合perf stat在调试过程中实时统计页错误，或设置watchpoint监控映射内存区域的变化。

4. 用perf probe追踪内核态munmap逻辑 #

若怀疑内核处理munmap时触发页错误，可添加内核探针：

• 给内核munmap函数添加探针（需安装对应内核的调试包）：

perf probe -x /usr/lib/debug/lib/modules/$(uname -r)/vmlinux munmap

• 记录探针事件与minor页错误：

perf record -g -e probe:munmap -e minor-faults rg -j1 -F 123 a-big-file --mmap

• 分析报告，查看内核munmap调用与页错误的关联细节。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Steve Wu