HugePage简介和KVM中使用HugePage

现在，有许多的处理器架构都支持多种的内存页大小，其中就包括比一般的page size大很多的huge page。就目前来说，尽管在个人电脑中基本都实现了对huge page的支持，然而，huge page的使用主要还是在一些大型服务器和计算机集群中使用。

1，一般的内存页查询：

# getconf PAGE_SIZE

说明：一般是4096Byte

2，hugepagesize查询

# cat /pro/meminfo | grep Huge

Hugepagesize=2048

说明：不同的处理器架构，可能不一样，通常情况下，是2048KB即2M.

C程序调用接口：sysconf(_SC_PAGESIZE));  /* _SC_PAGE_SIZE is OK too. */ 涉及头文件：unistd.h

3, 查看hugepage相关信息

cat /proc/meminfo | grep Huge

2.huge page的相关信息：cat /proc/meminfo | grep Huge

HugePages_Total:    1024

HugePages_Free:     1024

HugePages_Rsvd:        0

HugePages_Surp:        0

Hugepagesize:       2048 kB

说明：

HugePages_Total: Hugepage的页面数量

HugePages_Free: 剩余的页面数量

HugePages_Rsvd: 被分配预留但是还没有使用的page数目

HugePages_Surp：HugePages_Total减去/proc/sys/vm/nr_hugepages中的值（我对这个理解也不很清楚）。

Hugepagesize: 每单位数量大小

又摘：

HugePages_Total: 所分配的页面数目，
    和Hugepagesize相乘后得到所分配的内存大小。43000*2/1024大约为84GB
HugePages_Free:  从来没有被使用过的Hugepages数目。
    即使oracle sga已经分配了这部分内存，但是如果没有实际写入，那么看到的还是Free的。这是很容易误解的地方
HugePages_Rsvd:  已经被分配预留但是还没有使用的page数目。
    在Oracle刚刚启动时，大部分内存应该都是Reserved并且Free的，随着oracle SGA的使用，Reserved和Free都会不断的降低
HugePages_Total为设定的值大小，HugePages_Free应该和HugePages_Total一样大，HugePages_Rsvd为0.

HugePages_Free – HugePages_Rsvd 这部分是没有被使用到的内存，如果没有其他的oracle instance，这部分内存也许永远都不会被使用到，也就是被浪费了。在该系统上有11.5GB的内存被浪费了。

4设置huge pages

首先mount一个hugetlbfs文件系统： mount -t hugetlbfs hugetlbfs /dev/hugepages

然后为huge pages保留一定数量的内存：sysctl vm.nr_hugepages=1024

（或者在/etc/sysctl.conf加入一行：vm.nr_hugepages=1024）

设置完后用命令sysctl -p 使得设置生效

（或者，改动linux启动的grub参数也是可以的，加上 hugepages=1024 这样的参数）

其它：

1.设置了多少的huge page，free内存就会被使用多少。

比如：我使用sysctl vm.nr_hugepages=1024 之后，free命令可以看到free的内存会减少nr_hugepages*Hugepagesize大小，这里是2048M。

2，使用Hugepages的内存页是不会被交换出去到磁盘的，永远常驻在内存中，所以也减少了内存页交换的额外开销。使用hurgepage的内存不能被其他的进程使用，所以，一定要合理设置这个值，避免造成浪费。使用超过8G物理内存的系统，有人推荐使用HugePage。

HugePages_Free - HugePages_Rsvd部分的内存是浪费的，且不能被其他程序使用。在实际应用中，尽可能让HugePages_Free - HugePages_Rsvd=0

3，HugePage的好处：

大大提高了CPU cache中存放的page table所覆盖的内存大小，从而提高了TLB命中率。进程的虚拟内存地址段先连接到page tables然后再连接到物理内存。所以在访问内存时需要先访问page tables得到虚拟内存和物理内存的映射关系，然后再访问物理内存。CPU cache中有一部分TLB（Translation Lookaside Buffer）用来存放部分page table以提高这种装换的速度。因为page size变大了，所以同样大小的TLB，所覆盖的内存大小也变大了。提高了TBL命中率，也就是提高了地址转换的速度。

系统进程是通过虚拟地址访问内存，但是CPU必须把它转换程物理内存地址才能真正访问内存。为了提高这个转换效率，CPU会缓存最近的虚拟内存地址和物理 内存地址的映射关系，并保存在一个由CPU维护的映射表中。为了尽量提高内存的访问速度，需要在映射表中保存尽量多的映射关系。

4，Linux kernel 2.6.X 通过hugetlbfs文件系统对Huge pages进行了支持。当然Windows也有相应的支持，此处暂不详述。

5，KVM如何让guest使用huge pages ？

首先，让host开启huge pages（像上面那样设置）

在qemu启动时加上参数，示例：qemu-system-x86_64 -m 2048 -hda /mnt/rhel6.img -mem-path /dev/hugepages

如果是用libvirt来启动KVM的，那么需要在启动guest的XML配置文件中添加如下的参数：

（启动guest后，可以发现，在host中的cat /pro/meminfo看到的HugePages_Free数量有所减少）