如何让MAP_ANONYMOUS映射的匿名页由内核按LRU回收并通知用户态进程重计算？

这个需求太合理了——想让内核帮你全局统筹内存，自动把不常用的匿名页回收，同时在需要的时候通知你重算内容，不用自己硬扛缓存管理的复杂度，也不用依赖预生成的大文件。好消息是，Linux上确实有现成的机制组合能实现这个，不用自己造轮子。

核心方案：userfaultfd(2) + madvise(2) 组合拳 #

这两个工具配合起来，正好能覆盖你所有的需求：内核管LRU回收，用户态收通知重算。

1. 用madvise(MADV_FREE)告诉内核：这些页可以丢 #

首先，在你用mmap(MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE)创建好匿名映射后，对整个区域调用：

madvise(addr, len, MADV_FREE);

这个调用（Linux 4.5以上支持）会告诉内核：这些匿名页的内容是可以被丢弃的。当系统内存紧张时，内核会把这些页纳入全局LRU回收队列，和文件页、其他进程的匿名页一起竞争内存——完全由内核根据系统整体负载决定哪些页该被回收，不用你自己定死缓存大小。

和MADV_DONTNEED不同，MADV_FREE不会立刻释放内存，只是标记页为“可回收”，内核会在真正需要内存的时候才动手，这和你用文件mmap时的缓存逻辑完全一致。

2. 用userfaultfd捕获缺页事件，重算内容 #

光让内核回收还不够，你需要在页被回收后、再次被访问时得到通知，这样才能重算内容。这就是userfaultfd的用武之地：

• 首先创建一个userfaultfd文件描述符，设置非阻塞和关闭继承标志：

  int uffd = userfaultfd(O_CLOEXEC | O_NONBLOCK);
  

• 协商API版本并注册你要监控的匿名映射区域：

  struct uffdio_api api = { .api = UFFD_API };
  ioctl(uffd, UFFDIO_API, &api);
  
  struct uffdio_register reg = {
      .range = { .start = addr, .len = len },
      .mode = UFFDIO_REGISTER_MODE_MISSING
  };
  ioctl(uffd, UFFDIO_REGISTER, &reg);
  

• 然后在你的进程里开一个线程，监听这个uffd的事件：当内核发现某个被监控的页需要访问但内容不存在（不管是还没填充过，还是已经被内核回收了），就会把一个UFFD_EVENT_PAGEFAULT事件发给你。
• 收到事件后，你就可以重算该页的内容，然后用UFFDIO_COPY或者UFFDIO_WRITE把计算好的内容写回对应的页框，让内核继续处理访问请求。

3. 动态标记可回收页 #

当你刚计算完一个页的内容时，它会被内核标记为“活跃”页，不会被优先回收。如果你希望内核在内存紧张时也可以考虑回收它，只需要对这个页再次调用madvise(addr_of_page, PAGE_SIZE, MADV_FREE)就行——这样内核就知道这个页的内容可以被丢弃，把它放回可回收的LRU队列里。

为什么你之前觉得madvise不支持？ #

单独的madvise确实没法给你发通知，但和userfaultfd结合后，就补上了“被通知重算”的关键一环。这个组合完全满足你的需求：

• 内核全局管理LRU，根据系统负载决定给你分配多少内存缓存
• 内存紧张时自动回收不常用的页
• 页被再次访问时，用户态收到通知并能重算内容
• 不用自己维护应用层的LRU，也不用依赖预存文件

额外注意事项 #

• userfaultfd需要你的进程有足够的权限（默认情况下，非特权进程可以用，但某些系统可能需要设置/proc/sys/vm/unprivileged_userfaultfd为1）
• 如果你需要监控页的写操作（比如写时复制场景），可以把UFFDIO_REGISTER_MODE_MISSING换成UFFDIO_REGISTER_MODE_WP，但你的场景只需要监控缺页，所以MISSING模式足够
• 计算页内容的逻辑要尽量高效（你说10ms每页，这个开销在缺页时是可接受的，和从磁盘读文件的延迟差不多）

内容来源于stack exchange