Linux 中的“大記憶體頁”（hugepage）是個什麼？

Shrikant Lavhate發表於2018-03-16
Linux記憶體

學習 Linux 中的大記憶體頁hugepage。理解什麼是“大記憶體頁”，如何進行配置，如何檢視當前狀態以及如何停用它。

Huge Pages in Linux

本文中我們會詳細介紹大記憶體頁huge page，讓你能夠回答：Linux 中的“大記憶體頁”是什麼？在 RHEL6、RHEL7、Ubuntu 等 Linux 中，如何啟用/停用“大記憶體頁”？如何檢視“大記憶體頁”的當前值？

首先讓我們從“大記憶體頁”的基礎知識開始講起。

Linux 中的“大記憶體頁”是個什麼玩意？

“大記憶體頁”有助於 Linux 系統進行虛擬記憶體管理。顧名思義，除了標準的 4KB 大小的頁面外，它們還能幫助管理記憶體中的巨大的頁面。使用“大記憶體頁”，你最大可以定義 1GB 的頁面大小。

在系統啟動期間，你能用“大記憶體頁”為應用程式預留一部分記憶體。這部分記憶體，即被“大記憶體頁”佔用的這些儲存器永遠不會被交換出記憶體。它會一直保留其中，除非你修改了配置。這會極大地提高像 Oracle 資料庫這樣的需要海量記憶體的應用程式的效能。

為什麼使用“大記憶體頁”？

在虛擬記憶體管理中，核心維護一個將虛擬記憶體地址對映到實體地址的表，對於每個頁面操作，核心都需要載入相關的對映。如果你的記憶體頁很小，那麼你需要載入的頁就會很多，導致核心會載入更多的對映表。而這會降低效能。

使用“大記憶體頁”，意味著所需要的頁變少了。從而大大減少由核心載入的對映表的數量。這提高了核心級別的效能最終有利於應用程式的效能。

簡而言之，透過啟用“大記憶體頁”，系統具只需要處理較少的頁面對映表，從而減少訪問/維護它們的開銷！

如何配置“大記憶體頁”？

執行下面命令來檢視當前“大記憶體頁”的詳細內容。

root@kerneltalks # grep Huge /proc/meminfo
AnonHugePages:         0 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB

從上面輸出可以看到，每個頁的大小為 2MB（Hugepagesize），並且系統中目前有 0 個“大記憶體頁”（HugePages_Total）。這裡“大記憶體頁”的大小可以從 2MB 增加到 1GB。

執行下面的指令碼可以知道系統當前需要多少個巨大頁。該指令碼取之於 Oracle。

#!/bin/bash
#
# hugepages_settings.sh
#
# Linux bash script to compute values for the
# recommended HugePages/HugeTLB configuration
#
# Note: This script does calculation for all shared memory
# segments available when the script is run, no matter it
# is an Oracle RDBMS shared memory segment or not.
# Check for the kernel version
KERN=`uname -r | awk -F. '{ printf("%d.%d\n",$1,$2); }'`
# Find out the HugePage size
HPG_SZ=`grep Hugepagesize /proc/meminfo | awk {'print $2'}`
# Start from 1 pages to be on the safe side and guarantee 1 free HugePage
NUM_PG=1
# Cumulative number of pages required to handle the running shared memory segments
for SEG_BYTES in `ipcs -m | awk {'print $5'} | grep "[0-9][0-9]*"`
do
   MIN_PG=`echo "$SEG_BYTES/($HPG_SZ*1024)" | bc -q`
   if [ $MIN_PG -gt 0 ]; then
      NUM_PG=`echo "$NUM_PG+$MIN_PG+1" | bc -q`
   fi
done
# Finish with results
case $KERN in
   '2.4') HUGETLB_POOL=`echo "$NUM_PG*$HPG_SZ/1024" | bc -q`;
          echo "Recommended setting: vm.hugetlb_pool = $HUGETLB_POOL" ;;
   '2.6' | '3.8' | '3.10' | '4.1' ) echo "Recommended setting: vm.nr_hugepages = $NUM_PG" ;;
    *) echo "Unrecognized kernel version $KERN. Exiting." ;;
esac
# End

將它以 hugepages_settings.sh 為名儲存到 /tmp 中，然後執行之：

root@kerneltalks # sh /tmp/hugepages_settings.sh
Recommended setting: vm.nr_hugepages = 124

你的輸出類似如上結果，只是數字會有一些出入。

這意味著，你係統需要 124 個每個 2MB 的“大記憶體頁”！若你設定頁面大小為 4MB，則結果就變成了 62。你明白了吧？

配置核心中的“大記憶體頁”

本文最後一部分內容是配置上面提到的 核心引數 ，然後重新載入。將下面內容新增到 /etc/sysctl.conf 中，然後輸入 sysctl -p 命令重新載入配置。

vm.nr_hugepages=126

注意我們這裡多加了兩個額外的頁，因為我們希望在實際需要的頁面數量之外多一些額外的空閒頁。

現在，核心已經配置好了，但是要讓應用能夠使用這些“大記憶體頁”還需要提高記憶體的使用閥值。新的記憶體閥值應該為 126 個頁 x 每個頁 2 MB = 252 MB，也就是 258048 KB。

你需要編輯 /etc/security/limits.conf 中的如下配置：

soft memlock 258048
hard memlock 258048

某些情況下，這些設定是在指定應用的檔案中配置的，比如 Oracle DB 就是在 /etc/security/limits.d/99-grid-oracle-limits.conf 中配置的。

這就完成了！你可能還需要重啟應用來讓應用來使用這些新的巨大頁。

（LCTT 譯註：此外原文有誤，“透明大記憶體頁”和“大記憶體頁”不同，而且，在 Redhat 系統中，“大記憶體頁” 不是預設啟用的，而“透明大記憶體頁”是啟用的。因此這個段落刪除了。）

via: https://kerneltalks.com/services/what-is-huge-pages-in-linux/

作者：Shrikant Lavhate 譯者：lujun9972 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

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