[转帖] 学习 Linux 大页的内存知识

Posted 2020-11-20 jinanxiaolaohu

一、在解释什么情况下需要开启大页和为啥需要开启大页前先了解下Linux下页的相关的知识：
以下的内容是基于32位的系统，4K的内存页大小做出的计算
1）目录表，用来存放页表的位置，共包含1024个目录entry，每个目录entry指向一个页表位置，每个目录entry，4b大小，目录表共4b*1024=4K大小
2）页表，用来存放物理地址页的起始地址，每个页表entry也是4b大小，每个页表共1024个页表entry，因此一个页表的大小也是4K，共1024个页表，因此页表的最大大小是1024*4K=4M大小
3）每个页表entry指向的是4K的物理内存页，因此页表一共可以指向的物理内存大小为：1024（页表数）*1024（每个页表的entry数）*4K（一个页表entry代表的页大小）=4G
4）操作系统将虚拟地址映射为物理地址时，将虚拟地址的31-22这10位用于从目录表中索引到1024个页表中的一个，将虚拟地址的12-21这10位用于从页表中索引到1024个页表entry中的一个。从这个页表entry中获得物理内存页的起始地址，然后将虚拟地址的0-12位用作4KB内存页中的偏移量，那么物理内存页起始地址加上偏移量就是进出所需要访问的物理内存地址。

由于32位操作系统不会出现4M的页表，因为一个进程不能使用到4GB的内存空间，有些空间被保留使用，比如用来做操作系统内核的内存。而且页表entry的创建出现在进程访问到一块内存的时候，而不是一开始就创建。

在32位系统下，一个进程访问1GB的内存，会产生1M(1*1024*1024/4*4/1024/1024)的页表，如果是在64位系统，将会增大到2M。
很容易推算，如果一个SGA设置为60G，有1500个Oracle用户进程（在Linux中每个进程页表独立，都有自己的页表），64位linux的系统上，最大的页表占用内存为：60*2*1500/1024=175G，是的，你没看错，是175G！
二、为什么使用大页？什么时候使用大页？
而在Redhat Linux中，内存都是以页的形式划分的，默认情况下每页是4K，这就意味着如果物理内存很大，则映射表的条目将会非常多，会影响CPU的检索效率。因为内存大小是固定的，为了减少映射表的条目，可采取的办法只有增加页的尺寸。这种增大的内存页尺寸在Linux 2.1中，称为Big page；在AS 3/4中，称为Hugepage
在Linux中配置hugepage可以提高oracle的性能，减少oracle sga的页交换，类似于aix中的lagepage。
当你主机的物理内存为64G，设SGA>=32G时，建议开启大页

hugepage 优点

对于较大的系统内存以及sga，使用hugepage可以极大程度的提高Oracle数据库性能。

a、Not swappable

无需交换。也就是不存在页面由于内存空间不足而存在换入换出的问题

b、Relief of TLB pressure

减轻TLB的压力，也就是降低了cpu cache可缓存的地址映射压力。由于使用了huge page，相同的内存大小情况下，管理的虚拟地址数量变少。

TLB entry可以包含更多的地址空间，cpu的寻址能力相应的得到了增强。

c、Decreased page table overhead

降低page table负载，对于普通的page，每个entry需要64bytes进行管理，对于50gb的内存，管理这些entry，需要800mb的大小

(50*1024*1024)kb/4kb*64bytes/1024/1024=800mb。

d、Eliminated page table lookup overhead

消除page table查找负载

e、Faster overall memory performance

提高内存的整体性能