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Maniero
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Page fault é quando uma aplicação pede para acessar um endereço de memória e ele não está RAM (é um pouco mais complexo que isto, mas vamos simplificar).

Os sistemas operacionais modernos utilizam um sistema de memória virtual, então você tem até 4GB em 32 bits e teoricamente até 16EB em 64 bits (na prática costuma ser mais limitado. Você pode acessar tudo isto mesmo que não tenha RAM suficiente. Ele usa algum mecanismo para lidar com o excedente. Até onde eu sei todos jogam no armazenamento secundário (HDD, SSD, etc.) o que não está em uso.

O problema é que a aplicação não pode acessar diretamente algo fora da RAM. Então o sistema operacional precisa carregar o que está no secundário para o primário (RAM). Muito provavelmente colocando em cima de algo que estava em uso antes.

Para facilitar o trabalho isto é divido em páginas. Geralmente de 4KB cada (existem páginas maiores, mas não vem ao caso). Então quando acessa um endereço na aplicação ele é um endereço falso, é virtual. Há uma tradução (o processador faz isto a pedido do sistema operacional, então é praticamente não tem custo) deste endereço para o endereço físico real na memória. Por isso que mover dados pode custar bem barato já que ele só precisa mudar a tabela de páginas e não mexer na memória de fato, mais ou menos como ocorre com a tabela de arquivos em disco.

Obviamente que se tentar acessar um endereço que está em uma página marcada como fora da RAM o sistema operacional terá que buscá-la no "disco", colocar na RAM e só aí deixar a aplicação acessar. Isto é o page fault. Falhou em acessar a memória diretamente. Obviamente que este processo é absurdamente mais lento acessar a RAM diretamente.

Por exemplo, um executável pode ser todo carregado para a memória ou não, depende do sistema operacional, de quanto tem memória livre. É comum só as páginas com código necessário ir carregando. Mas se tiver memória livre pode carregar tudo até para servir como cache. A carga pode não ser feita na hora da carga do executável até para otimizar a sua carga inicial. Depende de uma série de fatores.

Por isso é muito difícil gerenciar memória. Por isso que linguagens com GC pode não ser tão lentas no uso geral, elas ajudam evitar page faults. Por outro lado as coletas ajudam aumentar essas faltas. É um treco complicado de balancear.

Quanto menos page faults você tiver, mais rápido sua aplicação rodará. E não dá para controlar tanto assim. Em algumas linguagens é possível minimizar um pouco, pelo menos as faltas desnecessárias, mas dá um trabalhão e nada é garantido. Pra minimizar mais ainda bote muita RAM. E um SSD ajuda muito quando elas ocorrerem. Parece que a armazenagem secundária chegará próximo da velocidade atual da RAM. Isto ajuda, mas ainda é melhor não ter faltas.

Adivinha o que acontece se tentar acessar algo que não deveria, algo que não pode ser mapeado? A aplicação quebra, o famoso General Protection Failure (GPF).

Muita gente acha que isso é chip de memória ruim, erro do sistema operacional, ou algo assim, mas é algo normal.

Ela é uma exceção em um nível interno do sistema operacional.

Abra o Task Manager ou um utilitário melhor como o Process Explorer e monitore as faltas:

Task Manager page faults

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