用户程序如何pin内存页？get_user_pages相关page buffer概念疑问

首先先澄清认知偏差：应用层的「页pin」操作本质是向内核声明指定内存页不允许被换出/回收，get_user_pages()是内核态（通常是驱动、内核子系统）调用的接口，用于获取用户态页的稳定内核态引用，并非由应用层直接调用。
应用层常用的pin内存接口有以下几种：

• 最通用的是mlock(addr, len)系统调用，可锁定起始地址为addr、长度为len的连续地址范围对应的物理页，锁定后这些页不会被swap到磁盘，也不会被内核内存回收逻辑释放。如果需要锁定整个进程的所有内存页，可以用mlockall(flags)接口，flags支持指定是否锁定未来新分配的内存。
• 调用mmap()分配内存时传入MAP_LOCKED标志，分配的内存会被自动锁定，等价于mmap()完成后立刻调用mlock()。
• 特殊场景下也可以通过O_DIRECT打开文件做IO，内核会自动pin住对应IO的用户态内存页，不过这个是IO路径的隐式行为，不属于通用的内存pin操作。

注意：非特权进程可锁定的内存大小受RLIMIT_MEMLOCK资源限制，默认值通常为64KB，超过限制会调用失败，需要调整资源限制或者使用特权进程操作。

首先可以明确：这里的page buffer就是指块设备/文件对应的页缓存，不是被pin的物理页本身。
页被pin住处于IO过程中触发page buffer剥离的原因，和文件缓存的一致性逻辑相关：
如果被pin的页是文件-backed的页缓存（也就是属于某个文件的page cache副本），当内核调用get_user_pages()获取该页的引用用于DMA等IO操作时，如果是可写场景，内核会将该页从对应文件的地址空间（address_space）缓存树中移除，也就是所谓的「剥离」。这么做的目的是避免该页同时被两个逻辑路径修改：一边是DMA设备直接读写物理页内容，另一边是文件系统缓存逻辑对该页做截断、回写、更新等操作，两边不同步会导致严重的数据不一致问题。
这个行为也是早年get_user_pages()接口的核心问题之一：被剥离后的页和原文件缓存完全脱离，后续DMA写入的内容不会自动同步到文件缓存中，反过来对原文件的修改也不会反映到被pin的物理页上，会出现用户态可见的内容不一致问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Chan Kim