【Debian百科】巨页

23decxf

巨页
　　为什么使用巨页？
　　当一个进程使用一些内存的时候，CPU就把那部分内存标记成已被该进程使用的。为了提高效率，CPU会按4K字节块（它在很多平台上是默认值）分配内存。这些块被称作页。这些页可以被交换到磁盘上，等等。
　　因为进程地址空间是虚拟的，CPU和操作系统就得记住哪一页属于哪个进程，存储在什么地方。显然的，拥有的页面越多，就得花费越多的时间去寻找那些内存被映射的地方。如果一个进程使用了1GB的内存，就得查找262144（1GB/4K）个条目。如果一个页表条目占用8字节，那么就得查找2MB（262144*8）。
　　当前大多数CPU体系结构支持更大的页（这样CPU/OS要查找的条目就少了），这些页在Linux上被称作巨页（Huge pages），在BSD上被称作超级页（Super Pages），在Windows上被称作大页（Large Pages），它们都是同样的东西。
　　目录

• 启用HugeTlbPage
  
• limits.conf
  
• Multiple huge page size support
  
  
  • arm64
    
  • x86_64
    
  
  
• 获取信息
  
• 巨页大小
  
• 工具
  
• 支持巨页的应用
  
  
  • MySQL
    
  • Java（Sun, OpenJDK）
    
  • Memcached
    
  • PostgreSQL
    
  
  
• 虚拟化
  
• 参见
  

　　想知道更多关于hugetlbpage的信息，请阅读这篇文档。

启用HugeTlbPage
　　目前，没有标准的方式来启用HugeTlbfs，主要因为FHS（文件系统构架标准）中没有这种虚拟文件系统的相关规定。参见572733。（Fedora把它挂载在/dev/hugepages上了，所以如果你在网上看到一些使用这个位置的例子，就不要惊讶了）
　　Debian是从DebianLenny（实际上是从2.6.23）开始支持“巨页表”（HugeTlb）的。在ibm.com上可以找到详细的大页介绍。

• 创建一个巨页的用户组，并且获取它的GID（是这个例子，2021），然后把你自己添加到这个组里。
  注意：libvirt并不需要这样做。（参见/etc/libvirt/qemu.conf）
  
  
  % groupadd my-hugetlbfs
  % getent group my-hugetlbfs
  my-hugetlbfs:x:2021:
  % adduser franklin my-hugetlbfs
  Adding user `franklin' to group `my-hugetlbfs' ...
  Adding user franklin to group my-hugetlbfs
  Done.
  
• 编辑/etc/sysctl.conf，添加这个文本来指定你想要预留的页数（参见pages-size）。
  
  
  # Allocate 256*2MiB for HugePageTables (YMMV)
  vm.nr_hugepages = 256
  # Members of group my-hugetlbfs(2021) can allocate "huge" Shared memory segment
  vm.hugetlb_shm_group = 2021
  
• 给这个文件系统创建一个挂载点。
  
  
  % mkdir /hugepages
  
• 添加这一行代码到/etc/fstab（mode=1770准许组内的任何人创建文件，但是不能给彼此之间的文件解除链接或者重命名）。
  
  
  hugetlbfs /hugepages hugetlbfs mode=1770,gid=2021 0 0
  
• 重启（这是再内存碎片化之前分配巨页的最可靠方法。并不是必须要重启，你可以尝试执行 sysctl -p 来应用变化。如果 grep "Huge" /proc/meminfo 没有显示所有页面，你可以尝试执行 sync ; echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches （3表示清除页面缓存，dentries和inodes）来释放缓存，然后再次尝试执行 sysctl -p）。
  

limits.conf
　　你应该配置一个用户可以锁定的内存数量，这样一个应用程序就不会通过锁定所有内存而导致操作系统崩溃。注意并不是只有巨页可以可以被锁定，内存中的任何页面都可以被锁定。你应该允许进程锁定多一点的内存（只是巨页空间）。



## Get huge-page size:
% grep "Hugepagesize:" /proc/meminfo
Hugepagesize:       4096 kB
## What's the current limit
% ulimit -H -l
64
## Just add them up... (how many pages do you want to allocate?)
　　参见Limits（ulimit -l 和/etc/security/limits.conf中的memlock）。

Multiple huge page size support
　　某些架构（如ia64）可以有多倍的和（或）可配置的（巨）页尺寸。
　　（TODO）
　　参见：

• 在文件编制中的 hugetlbpage.txt 中的启动参数和挂载选项。
  

arm64
　　Debian arm64 内核（用4KB标准PAGE_SIZE运行）支持2MB和1GB的 HugeTLB 页大小。一种是在内核命令行上指定参数，从而使启动时预分配1GB的 HugeTLB 页面。下面的文本将预分配10*1GB的巨页。



hugepagesz=1G hugepages=10
　　如果某人决定用 CONFIG_ARM64_64K_PAGES=y 来构建他自己的 Debian arm64 内核，那么只可以使用512MB的 HugeTLB（和THP）页面。这些在运行时可用。

x86_64
　　依据处理器，在 x86_64 架构上至少有两种不同的巨页尺寸：2MB和1GB。如果CPU支持2MB页面，它会在cpuinfo中有 PSE 旗标；如果支持1GB页面，它就会有 PDPE1GB 旗标。/proc/cpuinfo 显示了是否设置了这两种旗标。
　　如果下面这个命令返回非空字符串，就支持2MB页面。



% grep pse /proc/cpuinfo | uniq
flags           : [...] pse [...]
　　如果下面这个命令返回非空字符串，就支持1GB页面。



% grep pdpe1gb /proc/cpuinfo | uniq
flags           : [...] pdpe1gb [...]
　　如果想要二者都可用，那么可能需要在启动时激活它们。下面的内核启动参数启用1GB页面并且创建了一个1GB页面池。



hugepagesz=1GB hugepages=1
　　在启动后，巨页池看起来像下面这样：



% hugeadm --pool-list
Size  Minimum  Current  Maximum  Default
2097152        0        0        0        *
1073741824        1        1        1

获取信息
　　你可以用hugeadm获取到一张可用巨页尺寸列表：



% hugeadm --page-sizes-all
2097152
1073741824
　　hugeadm也显示每个可用尺寸的已分配数量：



% hugeadm --pool-list
Size  Minimum  Current  Maximum  Default
2097152        0        0        0        *
1073741824        1        1        1
　　另一种获取默认巨页尺寸的当前可用/已用页的方法是查看/proc/meminfo：



% grep Huge /proc/meminfo
HugePages_Total:     256
HugePages_Free:      256
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       4096 kB
　　（想了解关于巨页的更多信息，请阅读文献/vm/hugetlbpage.txt）
　　标准Debian内核启用了HUGETLB（Lenny呢？Xen呢？）：



% grep HUGETLB /boot/config-$(uname -r)
CONFIG_HUGETLBFS=y
CONFIG_HUGETLB_PAGE=y
　　各种运行时设置（参见文献资料）。



% grep -R "" /sys/kernel/mm/hugepages/ /proc/sys/vm/*huge*
/sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-4096kB/nr_hugepages:256
/sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-4096kB/nr_overcommit_hugepages:0
/sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-4096kB/free_hugepages:256
/sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-4096kB/resv_hugepages:0
/sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-4096kB/surplus_hugepages:0
/proc/sys/vm/hugepages_treat_as_movable:0
/proc/sys/vm/hugetlb_shm_group:0
/proc/sys/vm/nr_hugepages:256
/proc/sys/vm/nr_overcommit_hugepages:0

巨页尺寸

体系架构	巨页尺寸
arm64	4K, 2M, 1G（或者64K和512M，如果用CONFIG_ARM64_64K_PAGES=y构建自己的内核的话）
i386	4M, 4M（在PAE模式下是2M）
ia64	4K, 8K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 256M
ppc64	4K, 16M

工具
　　libhugetlbfs库提供了简单的访问巨页内存的方式。它还包含一些用户空间工具来提升巨页的易用性，进行环境设置和控制等。
　　http://libhugetlbfs.ozlabs.org/
533708 - ITP: libhugetlbfs -- Initial package request
http://www.ibm.com/developerworks/wikis/display/LinuxP/libhuge+short+and+simple
　　PostgreSQL的HugeTLB（和其他应用）非正式
　　http://oss.linbit.com/hugetlb/

启用巨页的应用程序
　　一个应用程序可以通过两种不同的方式分配/使用HugeTlbPage：

• 拥有适当的权限下，挂载了hugetlbfs后，使用系统调用mmap；
  
• 共享内存段（在MAP_TLB环境下使用系统调用shmat/shmget或者mmap）必须是一个组成员，配置在/proc/sys/vm/hugetlb_shm_group。
  

应用程序	hugetlbfs	共享内存
QEMU/KVM	是	否
MySQL	否	是
Java	否	是

MySQL
　　（TODO），参见：

• 启用大页支持：http://dev.mysql.com/doc/refman/5.1/en/large-page-support.html
  

　　Linux HugeTLBfs：提升MySQL数据库应用程序性能
　　http://www.cyberciti.biz/tips/linux-hugetlbfs-and-mysql-performance.html (未测试)

Java（Sun, OpenJDK）
　　Sun和OpenJDK可以使用大页。

• sun-java6-bin - Sun Java(TM)运行时环境（JRE）6（体系架构依赖的文件）
  
• openjdk-6-jre-headless - OpenJDK Java运行时，使用 Hotspot JIT（无头的）
  

　　（TODO）
　　总的来说，要启用巨页，似乎得使用 -XX:+UseLargePages 选项运行java。Java堆（-Xmx）的上限尺寸应该可以容纳你预留的巨页；使用 ulimit -l 和/或 /etc/security/limits.conf 中的memlock。
　　参见：

• 大内存页的Java支持 - Sun：http://java.sun.com/javase/technologies/hotspot/largememory.jsp
  
• 大页内存分配的配置 - Linux上的 Java v6 的 IBM 用户指南：http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/javasdk/v6r0/index.jsp?topic=/com.ibm.java.doc.user.lnx.60/user/alloc_large_page.html
  

　　可能的错误：

• 功能不全的 /proc/sys/kernel/shmmax？
  
• 不在组中却定义在 /proc/sys/vm/hugetlb_shm_group
  

% java -XX:+UseLargePages
Java HotSpot(TM) Server VM warning: Failed to reserve shared memory (errno = 1).
Java HotSpot(TM) Server VM warning: Failed to reserve shared memory (errno = 22).
Memcached
　　memcached能够使用巨页，请阅读手册页：

memcached -L
　　尝试使用大内存页（如果可用）。增加内存页尺寸可以减少TLB漏掉的数量，并提升性能。为了从操作系统里获取大页，memcached将会把所有的条目缓存分配到一个大页块中。只有你的操作系统支持大页的时候才可用。

PostgreSQL
　　PostgreSQL 从版本9.4开始支持巨页。关于之前的版本，参见上面的hugetlblib。

虚拟化
　　巨页虚拟化的一些建议：

• 在虚拟机上启用巨页之前，你必须确保你的虚拟化工具可以处理它；
  
• 对于虚拟化工具来说，它的客户端是否支持巨页，和它本身是否支持巨页，可能是两个不同的方面。
  

KVM
　　（TODO），参见：

• http://fedoraproject.org/wiki/Features/KVM_Huge_Page_Backed_Memory
  
• 用hugetlbfs支持你的KVM客户来获得性能的提升：http://www.linux-kvm.com/content/get-performance-boost-backing-your-kvm-guest-hugetlbfs (未测试)
  

Xen
　　（TODO）
　　Xen从哪个版本开始支持巨页，还有它如何使用，都不是很清楚。

• 参见：http://zhigang.org/wiki/XenHugePages
  

　　说明：本文译自https://wiki.debian.org/Hugepages。由于英语水平有限，语句不通顺处还请谅解。