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【Debian百科】巨页

阅读次数:303 次  来源:admin  发布时间:

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。

un-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_grou

% 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) Xe

(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/XenHugePage

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。

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