由online judge上的Time Limit Exceeded引发的对虚拟内存的思考
首先来看一段最简单的代码，在两个oj平台上的表现：
#include <iostream>
using namespace std;
char c[1000*1000*100];
int main() {
int a, b;
while (cin >> a >> b) { cout << a+b << endl;}
return 0;
}
大家一眼就可以看出，这是各大oj有名的1000问题——a+b problem 有木有！？
在zoj上，报Memory Limit Exceed.
而在bnuoj上，Accepted!
思考了两天，在各大论坛和qq群里发贴讨论，同学们给出了各种猜测，例如：
1.有同学说：各大oj的栈/堆限制不同吧？（程序中的全局变量不是存在栈或者堆上的好么，再说了程序中声明的是100MB，是必然会超的啊）。
2.还有同学说：zoj是linux系统，bnu是win? (先不论bnu是不是win，为何两个操作系统对内存的判别会有差异？关于win和linux的内存管理策略的差异，我专门去图书馆找了两本书对比，发现两者在虚拟内存和页式内存管理策略上，非常相似，似乎很难找到根源）
3.还有很多同学扯到什么ulimit之类的（显然oj不会用这么粗糙的内存监测方式来对大家的进程作内存监视）
4.还有同学说：zoj是唯物主义，bnu是唯心主义(我想说你这是在调戏我么？）
于是我直接download了两个oj平台的源码进行分析，誓要找出问题的根源。
1.zoj (http://acm.zju.edu.cn/onlinejudge/) 上对memory limit exceeded的判断逻辑：
/****************
**native_runner.cc**
****************/
void NativeRunner::UpdateStatus() {
int ts = ReadTimeConsumption(pid_);
int ms = ReadMemoryConsumption(pid_);
if (ts > time_consumption_) {
time_consumption_ = ts;
}
if (ms > memory_consumption_) {
memory_consumption_ = ms;
}
if (time_consumption_ > time_limit_ * 1000) {
result_ = TIME_LIMIT_EXCEEDED;
}
if (result_ == TIME_LIMIT_EXCEEDED && time_consumption_ <= time_limit_ * 1000) {
time_consumption_ = time_limit_ * 1000 + 1;
}
if (memory_consumption_ > memory_limit_) {
result_ = MEMORY_LIMIT_EXCEEDED;
}
if (result_ == MEMORY_LIMIT_EXCEEDED && memory_consumption_ <= memory_limit_) {
memory_consumption_ = memory_limit_ + 1;
}
DLOG<<time_consumption_<<' '<<memory_consumption_;
if (SendRunningMessage() == -1) {
result_ = INTERNAL_ERROR;
}
}
第六行的函数 ReadMemoryConsumption(pid)是关键函数，我们来看一下它的实现：
/********
**util.cc**
********/
int ReadMemoryConsumption(pid_t pid) {
char buffer[64];
sprintf(buffer, "/proc/%d/status", pid);
FILE* fp = fopen(buffer, "r");
if (fp == NULL) {
return -1;
}
int vmPeak = 0, vmSize = 0, vmExe = 0, vmLib = 0, vmStack = 0;
while (fgets(buffer, 32, fp)) {
if (!strncmp(buffer, "VmPeak:", 7)) {
sscanf(buffer + 7, "%d", &vmPeak);
} else if (!strncmp(buffer, "VmSize:", 7)) {
sscanf(buffer + 7, "%d", &vmSize);
} else if (!strncmp(buffer, "VmExe:", 6)) {
sscanf(buffer + 6, "%d", &vmExe);
} else if (!strncmp(buffer, "VmLib:", 6)) {
sscanf(buffer + 6, "%d", &vmLib);
} else if (!strncmp(buffer, "VmStk:", 6)) {
sscanf(buffer + 6, "%d", &vmStack);
}
}
fclose(fp);
if (vmPeak) {
vmSize = vmPeak;
}
return vmSize - vmExe - vmLib - vmStack;
}
可以看出，zoj是直接读取/proc/pid/status 这个文件，获取vmPeak, vmExe, vmLib, vmStack后计算出用户所使用的虚拟内存空间大小（减去代码，库，栈所占空间）。
2.bnuoj (http://www.bnuoj.com/bnuoj/) 上对memory limit exceeded的判断逻辑：
（我摘选出关键代码如下：）
/**judger_main.cpp**/
int mem_used = 0;
int runstat;
struct rusage rinfo;
while(1) {
wait4(pid,&runstat,NULL,&rinfo); //pid is the child process id(program submitted by acmers)
if (mem_used<getpagesize()*rinfo.ru_minflt) mem_used=getpagesize()*rinfo.ru_minflt;
if (mem_used>head->memory_limit*1024) {
sprintf(templog,"Run status: %d\n",runstat);
generate_result(MLE_STATUS,head->runid,mem_used,total_time);
ptrace(PTRACE_KILL,pid,NULL,NULL);
return;
}
}
发现bnuoj是通过wait4内核调用，获取子进程的rusage信息中的ru_minflt字段。
那么这个ru_minflt字段是什么意思呢？
"The ru_minflt value is the number of page faults that required no I/O activity. A page fault occurs when the kernel needs to retrieve a page of memory for the process to access." ---- http://www.khmere.com/freebsd_book/html/ch07.html
恍然大悟。我们知道操作系统页式内存管理策略是，物理内存是宝贵的，因此不到需要使用的时候，不把虚拟内存映射到物理内存上。换句话说，只有当程序对某一页虚拟内存进行访问时，程序发生缺页错误(page faults)，操作系统才会建立那页虚拟内存和物理内存的映射。因此我们可以通过page faults的次数，来判断程序对物理内存的使用量。
至此，这个问题算是找到根源了。为了确定这个结论，我联系了hustoj目前的代码负责人。非常巧的是，他告诉我，旧版的hustoj采用的是bnuoj的判别方式，而新版的改用了zoj的判别方式。他说这么做有两点考虑：
1.总有人跑来问他为何申明了很大的全局数组，还能ac。
2.鼓励c/c++程序员使用动态内存分配，用多少申请多少。
可是我觉得bnuoj的评测方式其实也是有道理的。因为物理内存的使用量更能反应程序对服务器硬件资源的占用情况。
总之仁者见仁智者见智吧。
最后我想说的是，遇到这样的问题，作为程序员，应该努力去解释它。那些不经思考随口猜测的同学，还有那位唯心论者，希望以后做技术严谨一些。
国内就是因为太多人在网络上猜测式地回答，导致国内的技术论坛和国外相比有如此大的差距。