一文幾下?Linux內(nèi)核透明巨型頁(yè)支持

==目標(biāo) ==

處理大內(nèi)存的性能關(guān)鍵計(jì)算應(yīng)用程序工作集已經(jīng)運(yùn)行在libhugetlbfs之上，然后依次運(yùn)行hugetlbfs。透明的巨型頁(yè)面支持是另一種使用大頁(yè)為虛擬內(nèi)存提供大頁(yè)支持的方法， 該支持自動(dòng)提升和降低頁(yè)面大小和沒(méi)有hugetlbfs的缺點(diǎn)。

目前它只適用于匿名內(nèi)存映射和tmpfs/shmem。但是將來(lái)它可以擴(kuò)展到其他文件系統(tǒng)。實(shí)際上，已經(jīng)支持了只讀的文件映射。

應(yīng)用程序運(yùn)行更快的原因有兩個(gè)的因素。第一個(gè)因素幾乎完全無(wú)關(guān)緊要，事實(shí)并非如此，這很重要，因?yàn)樗灿腥秉c(diǎn)在頁(yè)錯(cuò)誤中需要更大的清除頁(yè)拷貝有潛在的負(fù)面影響。第一個(gè)因素是采取每個(gè)2M的虛擬區(qū)域都有一個(gè)頁(yè)面錯(cuò)誤（將內(nèi)核的進(jìn)入/退出頻率減少512倍)。這的生命周期中，一個(gè)內(nèi)存映射只有第一次訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存。

第二個(gè)更持久，也更重要因子將會(huì)影響應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)整個(gè)內(nèi)存的所有后續(xù)訪(fǎng)問(wèn)。第二個(gè)因素有兩個(gè)組件: 1)TLB miss將運(yùn)行更快(特別是使用嵌套分頁(yè)的虛擬化，但幾乎總是在沒(méi)有虛擬化的裸系統(tǒng)上。2)單個(gè)TLB條目將是映射更大數(shù)量的虛擬內(nèi)存，從而減少TLB miss次數(shù)。使用虛擬化和嵌套分頁(yè)只有KVM和Linux客戶(hù)端同時(shí)支持映射更大的TLB正在使用大頁(yè)面，但顯著的速度已經(jīng)發(fā)生了，如果其中一個(gè)使用大頁(yè)面只是因?yàn)門(mén)LB miss會(huì)跑得更快。

== 設(shè)計(jì) ==

“優(yōu)雅回退”:內(nèi)存組件沒(méi)有透明的巨型頁(yè)面知識(shí)可以回退到將巨型的PMD映射分解成ptes表，如果有必要，分裂一個(gè)透明的大頁(yè)面。因此這些組件可以繼續(xù)在常規(guī)頁(yè)面或常規(guī)pte映射上工作。

如果由于內(nèi)存碎片而導(dǎo)致大頁(yè)面分配失敗，常規(guī)頁(yè)面應(yīng)該優(yōu)雅地分配和混合在相同的vma中，沒(méi)有任何故障或重大延遲，沒(méi)有用戶(hù)感知。

如果某個(gè)任務(wù)退出了，并且出現(xiàn)了更多可用的大頁(yè)面（要么立即在buddy中或者通過(guò)VM），由常規(guī)頁(yè)面支持的guest物理內(nèi)存應(yīng)該重新自動(dòng)的安放在大頁(yè)面上（通過(guò)khugepaged線(xiàn)程）。

它不需要內(nèi)存預(yù)留，并且盡可能地使用大頁(yè)(這里唯一可能的預(yù)留是kernelcore=，以避免不可移動(dòng)的頁(yè)面碎片化所有內(nèi)存，但這樣的調(diào)整不是針對(duì)透明大頁(yè)支持的，它是通用的適用于內(nèi)核中所有動(dòng)態(tài)高階分配的特性)

透明大頁(yè)支持最大限度地利用空閑內(nèi)存，如果與hugetlbfs的保留方法相比，允許所有未使用的內(nèi)存用作緩存或其他可移動(dòng)(甚至不可移動(dòng)的對(duì)象)。它不需要預(yù)留來(lái)防止從用戶(hù)空間發(fā)現(xiàn)大頁(yè)面分配失敗。它允許分頁(yè)和所有其他高級(jí)vm功能在大頁(yè)上。應(yīng)用程序不需要修改就可以利用它。

然而，應(yīng)用程序可以進(jìn)一步優(yōu)化以利用這個(gè)功能，就像他們之前優(yōu)化過(guò)避免每個(gè)malloc(4k)都需要大量的mmap系統(tǒng)調(diào)用。優(yōu)化用戶(hù)空間到目前為止不是強(qiáng)制性的，khugepaged已經(jīng)可以照顧長(zhǎng)生命周期的頁(yè)面分配，即使對(duì)于處理大量?jī)?nèi)存的不知道大頁(yè)的應(yīng)用程序也是如此。

在某些情況下，當(dāng)啟用大頁(yè)面時(shí)，系統(tǒng)范圍內(nèi)，應(yīng)用程序可能最終會(huì)分配更多的內(nèi)存資源。一個(gè)應(yīng)用程序可以映射一個(gè)大的區(qū)域，但只觸及其中1字節(jié)，在這種情況下，一個(gè)2M的頁(yè)面可能被分配而不是分配一個(gè)4k頁(yè)面是沒(méi)有好處的。這就是為什么可以在系統(tǒng)范圍內(nèi)禁用大頁(yè)面，并且只在內(nèi)部使用它們MADV_HUGEPAGE的madvise的區(qū)域。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該只在madvise區(qū)域內(nèi)啟用大頁(yè)面為了消除浪費(fèi)寶貴內(nèi)存字節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，并且只會(huì)跑得更快。

應(yīng)用程序可以從大頁(yè)中獲得很多好處，而不可以冒著丟失內(nèi)存的風(fēng)險(xiǎn)使用大頁(yè)，應(yīng)該使用madvise(MADV_HUGEPAGE)在他們關(guān)鍵映射區(qū)域。

== sysfs ==

透明大頁(yè)支持匿名內(nèi)存能被完全的禁用（主要是為了調(diào)試）或僅在MADV_HUGEPAGE區(qū)域內(nèi)啟用（避免占用更多內(nèi)存資源的風(fēng)險(xiǎn)）或者系統(tǒng)范圍內(nèi)啟用。這可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn):

echo never >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
echo always >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled 
echomadvise>/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

還可以限制VM中的碎片整理工作，以生成匿名的巨型頁(yè)面，以防它們不能立即自由地使用madvise區(qū)域，或者永遠(yuǎn)不要嘗試對(duì)內(nèi)存進(jìn)行碎片整理，而只是回退到常規(guī)頁(yè)面，除非巨型頁(yè)面立即可用。顯然，如果我們花費(fèi)CPU時(shí)間對(duì)內(nèi)存進(jìn)行碎片整理，那么我們將期望獲得更多的好處，因?yàn)槲覀兩院笫褂昧舜箜?yè)面而不是普通頁(yè)面。這不是總能保證的，更可能的情況是分配給一個(gè)MADV_HUGEPAGE區(qū)域。

echo always >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag 
echo defer >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag 
echo defer+madvise >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag 
echo madvise >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag
echo never >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag

“always”意味著請(qǐng)求THP的應(yīng)用程序?qū)⒃诜峙涫r(shí)暫停，并直接回收頁(yè)面和規(guī)整內(nèi)存，以便立即分配THP。對(duì)于那些從THP使用中受益頗多并愿意延遲虛擬機(jī)開(kāi)始使用它們的虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)，這可能是可取的。

“defer”意味著應(yīng)用程序?qū)⒃诤笈_(tái)喚醒kswapd來(lái)回收頁(yè)面，并喚醒kcompactd來(lái)規(guī)整內(nèi)存，以便在不久的將來(lái)THP可用。khugepage負(fù)責(zé)隨后安裝THP頁(yè)面。

"defer+madvise"只對(duì)已經(jīng)使用madvise(MADV_HUGEPAGE)的區(qū)域，后臺(tái)喚醒kswapd以回收頁(yè)面，并喚醒kcompactd以規(guī)整內(nèi)存，以便THP在不久的將來(lái)可用。

"madvise"將進(jìn)入直接回收，像"always"，但只對(duì)madvise(MADV_HUGEPAGE)的區(qū)域。這是默認(rèn)行為。

“never”應(yīng)該是不言自明的，它不采取任何措施。

默認(rèn)情況下，內(nèi)核嘗試在讀取頁(yè)面錯(cuò)誤時(shí)使用巨型零頁(yè)來(lái)進(jìn)行匿名映射?？梢酝ㄟ^(guò)寫(xiě)入0來(lái)禁用巨型0頁(yè)，也可以通過(guò)寫(xiě)入1來(lái)啟用巨型0頁(yè):

echo 0 >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/use_zero_page 
echo 1 >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/use_zero_page

一些用戶(hù)空間(比如一個(gè)測(cè)試程序，或者一個(gè)優(yōu)化的內(nèi)存分配庫(kù))可能想知道一個(gè)透明大頁(yè)的大小(以字節(jié)為單位):

cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/hpage_pmd_size

當(dāng)transparent_hugepage/enabled設(shè)置為“always”或“madvise”時(shí)，khugepaged將自動(dòng)啟動(dòng)，如果設(shè)置為“never”，它將自動(dòng)關(guān)閉。

khugepaged的運(yùn)行頻率通常較低，因此，雖然人們可能不希望在缺頁(yè)異常期間同步調(diào)用碎片整理算法，但至少在khugepaged中調(diào)用碎片整理是值得的。但是，也可以通過(guò)寫(xiě)0來(lái)禁用khugepaged中的碎片整理，或者通過(guò)寫(xiě)1來(lái)啟用khugepaged中的碎片整理:

echo 0 >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/defrag 
echo 1 >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/defrag

你也可以控制khugepaged每次通過(guò)時(shí)應(yīng)該掃描多少頁(yè)面:

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/pages_to_scan

以及每次通過(guò)之間在khugepaged中等待毫秒數(shù)(你可以設(shè)置為0來(lái)運(yùn)行khugepaged，在一個(gè)核的100%利用率):

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/scan_sleep_millisecs

以及在khugepage中等待多少毫秒，如果有一個(gè)巨大的頁(yè)面分配失敗，以阻止下一次分配嘗試。

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/alloc_sleep_millisecs

khugepaged的進(jìn)度可以從坍縮的頁(yè)面數(shù)中看到:

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/pages_collapsed

每次通過(guò)：

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/full_scans

max_ptes_none指定有多少額外的小頁(yè)面（即尚未映射的）可以在踏縮一組小頁(yè)到大頁(yè)中被分配（查詢(xún)到相應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)為空）。

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/max_ptes_none

較高的值會(huì)導(dǎo)致程序使用額外的內(nèi)存。數(shù)值越低，獲得的thp性能越低。max_ptes_none值只會(huì)浪費(fèi)很少的cpu時(shí)間，你可以忽略它。

max_ptes_swap指定當(dāng)將一組頁(yè)面坍縮（collapse）成一個(gè)透明的大頁(yè)面時(shí)，可以從交換區(qū)換入多少頁(yè)面（查詢(xún)到相應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)為換出頁(yè)標(biāo)識(shí)符）。。

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/khugepaged/max_ptes_swap

較高的值會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的交換IO并浪費(fèi)內(nèi)存。較低的值可以防止thp被坍縮，從而導(dǎo)致更少的頁(yè)面坍縮進(jìn)thp，內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)性能較低。

== 啟動(dòng)參數(shù) ==

你可以更改透明大頁(yè)sysfs啟動(dòng)時(shí)的默認(rèn)值，通過(guò)傳遞參數(shù)"transparent_hugepage=always" 或"transparent_hugepage=madvise" 或 "transparent_hugepage=never"到內(nèi)核命令行。

== tmpfs/shmem 中的大頁(yè)面 ==

您可以使用掛載選項(xiàng)控制tmpfs中的大頁(yè)分配策略"huge="。它可以有以下值:

"always": 每次需要新頁(yè)面時(shí)，嘗試分配大頁(yè)面;

"never": 不要分配大頁(yè)面;

"within_size": 只有它將完全在i_size內(nèi)時(shí)才分配大頁(yè)。也尊重fadvise()/madvise()提示;

"advise": 只有在fadvise()/madvise()請(qǐng)求時(shí)才分配大頁(yè)面;

默認(rèn)策略為“never”。

“mount -o remount,huge= /mountpoint”在掛載后工作良好:重新掛載huge=never根本不會(huì)分解大頁(yè)面，只是停止更多的分配。

還有一個(gè)sysfs接口可以控制內(nèi)部shmem掛載的大頁(yè)分配策略:

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/shmem_enabled。

掛載用于SysV SHM, memfds，共享匿名映射(/dev/zero或MAP_ANONYMOUS）GPU驅(qū)動(dòng)的DRM對(duì)象，Ashmem。

除了上面列出的策略之外，shmem_enabled還允許另外兩個(gè)值:

"deny":用于在緊急情況下使用，以強(qiáng)制關(guān)閉所有掛載的大頁(yè)選項(xiàng);

"force": 為所有人強(qiáng)制提供大頁(yè)的選項(xiàng)——這對(duì)測(cè)試非常有用;

==需要重新啟動(dòng)應(yīng)用程序==

transparent_hugepage/enabled值和tmpfs掛載選項(xiàng)只影響未來(lái)的行為。因此，為了使它們有效，您需要重新啟動(dòng)任何可能使用大頁(yè)面的應(yīng)用程序。這也適用于在khugepaged中注冊(cè)的區(qū)域。

==監(jiān)控使用情況==

當(dāng)前使用的匿名透明大頁(yè)面的數(shù)量系統(tǒng)可以通過(guò)讀取/proc/meminfo中的AnonHugePages字段來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。為了識(shí)別哪些應(yīng)用程序正在使用匿名透明的大頁(yè)面，讀取/proc/PID/smaps并統(tǒng)計(jì)為每個(gè)映射的AnonHugePages字段是必要的。

映射到用戶(hù)空間的文件透明大頁(yè)面數(shù)量可用通過(guò)讀取/proc/meminfo中的ShmemPmdMapped和ShmemHugePages字段。為了確定哪些應(yīng)用程序正在映射文件透明的巨大頁(yè)面，它讀取/proc/PID/smaps并統(tǒng)計(jì)為每個(gè)映射FileHugeMapped字段是必要的。

注意，讀取smaps文件時(shí)昂貴的，且經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生開(kāi)銷(xiāo)。

在/proc/vmstat中有許多計(jì)數(shù)器可以用于監(jiān)視系統(tǒng)提供大頁(yè)面的成功程度。

thp_fault_alloc : 每當(dāng)處理缺頁(yè)異常時(shí)，一個(gè)大頁(yè)面被成功分配，thp_fault_alloc就會(huì)增加。這適用于第一次出現(xiàn)缺頁(yè)異常和COW錯(cuò)誤。

thp_collapse_alloc：當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個(gè)范圍的頁(yè)面坍縮成一個(gè)大頁(yè)，并有成功分配一個(gè)新的巨大頁(yè)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，thp_collapse_alloc會(huì)被khugepaged增加。

thp_fault_fallback:如果缺頁(yè)異常失敗的分配一個(gè)大頁(yè)，則thp_fault_fallback被增加，而回退使用小頁(yè)面。

thp_collapse_alloc_failed:當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個(gè)范圍的頁(yè)面應(yīng)該被坍縮成一個(gè)大頁(yè)，但是分配大頁(yè)失敗，thp_collapse_alloc_failed會(huì)被khugepaged增加。 thp_file_alloc:在文件大頁(yè)成功分配時(shí)遞增。

thp_file_mapped:每映射到一個(gè)文件大頁(yè)到用戶(hù)地址空間，thp_file_mapped就增加一次。

thp_split_page：在每次將一個(gè)巨大的頁(yè)面分裂為普通頁(yè)時(shí)遞增。發(fā)生這種情況的原因有很多，但都很常見(jiàn)原因是一個(gè)巨大的頁(yè)面是舊的，正在被回收。這個(gè)操作意味著分裂頁(yè)面映射的所有PMD。

thp_split_page_failed：如果內(nèi)核無(wú)法分裂大頁(yè)，則增加thp_split_page_failed計(jì)數(shù)。如果頁(yè)面被人pin住了，就會(huì)發(fā)生這種情況。

thp_deferred_split_page：當(dāng)大頁(yè)被放到分裂隊(duì)列時(shí)，thp_deferred_split_page計(jì)數(shù)被增加。當(dāng)一個(gè)巨大的頁(yè)面部分被unmap且分裂它將釋放一些內(nèi)存就會(huì)發(fā)生這種情況。分裂隊(duì)列上的頁(yè)將在內(nèi)存壓力下分裂。

thp_split_pmd:每當(dāng)pmd分裂成pte表時(shí)，thp_split_pmd就會(huì)遞增。例如，當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用mprotect()或unmap()在大頁(yè)面的一部分。它不會(huì)分割大頁(yè)面，只是頁(yè)表?xiàng)l目。

thp_zero_page_alloc:thp_zero_page_alloc在每出現(xiàn)一個(gè)巨型零頁(yè)被成功地分配時(shí)遞增。它包括分配，放棄了與其他分配的競(jìng)爭(zhēng)。注意，這不算每次巨型零頁(yè)的映射，只有它的分配。

thp_zero_page_alloc_failed:如果內(nèi)核分配巨型零頁(yè)失敗并回退到使用小頁(yè)，則thp_zero_page_alloc_failed會(huì)增加。

隨著系統(tǒng)老化，分配大頁(yè)的開(kāi)銷(xiāo)可能會(huì)很大，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)使用內(nèi)存規(guī)整在內(nèi)存周?chē)鷣?lái)復(fù)制數(shù)據(jù)，以釋放大頁(yè)供使用。在/proc/vmstat中有一些計(jì)數(shù)器可以幫助監(jiān)視這種開(kāi)銷(xiāo)。

compact_stall:每當(dāng)進(jìn)程停滯去允許內(nèi)存規(guī)整時(shí)，compact_stall就會(huì)增加，以便一個(gè)巨大的頁(yè)面被釋放供使用。

compact_success:如果系統(tǒng)規(guī)整內(nèi)存和釋放一個(gè)大頁(yè)面供使用，則compact_success會(huì)增加（成功規(guī)整的次數(shù)）。

compact_fail:如果系統(tǒng)試圖規(guī)整內(nèi)存但是失敗了，則compact_fail會(huì)增加（失敗規(guī)整的次數(shù)）。

compact_pages_moved:每次移動(dòng)頁(yè)面時(shí)，compact_pages_moved會(huì)增加。如果這個(gè)值是迅速增加的，說(shuō)明該系統(tǒng)就是復(fù)制大量的數(shù)據(jù)來(lái)滿(mǎn)足大頁(yè)面分配。復(fù)制的成本可能超過(guò)任何減少TLB misse的節(jié)省。

compact_pagemigrate_failed:在底層機(jī)制遞增移動(dòng)頁(yè)面失敗，compact_pagemigrate_failed會(huì)增加（規(guī)整時(shí)，遷移頁(yè)面失敗次數(shù)） 。

compact_blocks_moved:每次內(nèi)存規(guī)整檢查時(shí)一個(gè)大頁(yè)面對(duì)齊的頁(yè)面范圍，compact_blocks_moved會(huì)增加。

可以使用函數(shù)跟蹤器來(lái)記錄在__alloc_pages_nodemask中花費(fèi)了多長(zhǎng)時(shí)間，并使用mm_page_alloc跟蹤點(diǎn)來(lái)確定哪些分配用于巨大的頁(yè)面。

== get_user_pages and follow_page ==

get_user_pages和follow_page如果在一個(gè)巨型的頁(yè)面上運(yùn)行，將返回往常一樣的頭頁(yè)或尾頁(yè)(就像他們?cè)趆ugetlbfs上做的一樣)。大多數(shù)gup用戶(hù)只關(guān)心實(shí)際的物理屬性頁(yè)的地址和它的臨時(shí)固定在I/O之后釋放是完整的，所以他們不會(huì)注意到頁(yè)面是巨型的。但如果有任何驅(qū)動(dòng)程序會(huì)在尾部的頁(yè)面結(jié)構(gòu)上損壞 page(用于檢查page->mapping或其他相關(guān)的位對(duì)于頭頁(yè)而不是尾頁(yè))，應(yīng)該更新為跳轉(zhuǎn)改為檢查頭頁(yè)。在任何頭/尾頁(yè)上引用都可以防止頁(yè)面被任何人分裂。

注意:這些不是GUP API的新約束，它們與hugetlbfs上的約束相同，所以任何能夠在hugetlbfs上處理GUP的驅(qū)動(dòng)程序也可以很好地處理透明的大頁(yè)面支持映射。

如果您不能處理由follow_page返回的復(fù)合頁(yè)面，那么可以將FOLL_SPLIT位指定為follow_page的參數(shù)，這樣它將在返回大頁(yè)面之前分裂它們。例如，遷移將FOLL_SPLIT作為參數(shù)傳遞給follow_page，因?yàn)樗恢谰扌晚?yè)面，事實(shí)上它根本不能在hugetlbfs上工作(但由于FOLL_SPLIT，它在透明的巨型頁(yè)面上工作得很好)。遷移根本無(wú)法處理返回的大頁(yè)面(因?yàn)樗粌H檢查頁(yè)面的PFN并在復(fù)制期間pin住它，而且?guī)в谐Ｒ?guī)的pte/pmd映射）。

==優(yōu)化應(yīng)用程序==

為了保證內(nèi)核將立即在任何內(nèi)存區(qū)域映射2M頁(yè)，mmap區(qū)域必須自然對(duì)齊。posix_memalign()可以提供這種保證。

== Hugetlbfs ==

您可以在內(nèi)核中使用hugetlbfs，并且始終很好地啟用了透明的超大頁(yè)支持。hugetlbfs中除了整體碎片更少之外，沒(méi)有什么不同。所有屬于hugetlbfs的常見(jiàn)特性都被保留且不受影響。libhugetlbfs也會(huì)像往常一樣正常工作。

==優(yōu)雅回退==

代碼遍歷頁(yè)表但不能感知巨型的pmds，可以簡(jiǎn)單地調(diào)用split_huge_pmd(vma, pmd, addr)，其中pmd是pmd_offset返回的那個(gè)。通過(guò)查詢(xún)“pmd_offset”并在pmd_offset返回pmd后丟失的地方添加split_huge_pmd，使代碼透明地感知大頁(yè)是很簡(jiǎn)單的。多虧了優(yōu)雅的回退設(shè)計(jì)，只需一行代碼的更改，就可以避免編寫(xiě)數(shù)百行(如果不是數(shù)千行的話(huà))的復(fù)雜代碼，從而使代碼具有超大頁(yè)面的感知能力。

如果您沒(méi)有遍歷頁(yè)表，但是遇到了一個(gè)物理的大頁(yè)，但是您不能在代碼中原生地處理它，您可以通過(guò)調(diào)用split_huge_page(page)來(lái)分裂它。這就是Linux VM在嘗試切換大頁(yè)面之前所做的。如果頁(yè)面被pin住，那么split_huge_page()可能會(huì)失敗，您必須正確處理這個(gè)問(wèn)題。

讓mremap.c透明感知hugepage的例子，只需要一行代碼的改變:

diff --git a/mm/mremap.c b/mm/mremap.c
--- a/mm/mremap.c
+++ b/mm/mremap.c
@@ -41,6 +41,7 @@ static pmd_t *get_old_pmd(struct mm_stru
    return NULL;


  pmd = pmd_offset(pud, addr);
+  split_huge_pmd(vma, pmd, addr);
  if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
    return NULL;

== 鎖定大頁(yè)面感知代碼 ==

我們希望盡可能多的代碼能夠感知大頁(yè)，因?yàn)檎{(diào)用 split_huge_page()或split_huge_pmd()是有代價(jià)的。

要使頁(yè)表遍歷感知巨型pmd，您所需要做的就是調(diào)用pmd_trans_huge()在由pmd_offset返回的PMD上。你必須持有mmap_sem處于讀(或?qū)?模式，以確保不能出現(xiàn)巨型PMD由khugepaged創(chuàng)建 (khugepaged坍縮巨型頁(yè)collapse_huge_page除anon_vma鎖外，還以寫(xiě)模式持有mmap_sem)。

如果pmd_trans_huge返回false，您只需返回到舊代碼路徑。如果pmd_trans_huge返回true，則必須持有頁(yè)表鎖(pmd_lock())，然后重新運(yùn)行pmd_trans_huge。持有頁(yè)表鎖將防止巨型的PMD被轉(zhuǎn)換成一個(gè)常規(guī)的PMD(split_huge_pmd可以與頁(yè)表遍歷并行)。如果第二個(gè)pmd_trans_huge返回false，則應(yīng)該釋放頁(yè)表鎖并回退到之前的舊代碼中。否則，您可以繼續(xù)處理巨型的pmd和hugepage本身。一旦完成，您可以釋放頁(yè)表鎖。

== 引用計(jì)數(shù)和透明大頁(yè) ==

THP上的引用計(jì)數(shù)和其他復(fù)合頁(yè)的引用計(jì)數(shù)基本一致：

get_page()/put_page() and GUP 在首頁(yè)的->_refcount中操作。

尾頁(yè)的->_refcoun總是0：get_page_unless_zero()從來(lái)不會(huì)在尾頁(yè)上成功。

map/unmap具有帶有PTE條目的頁(yè)面，增加/減小復(fù)合頁(yè)相關(guān)子頁(yè)上的->_mapcount。

map/unmap 整個(gè)復(fù)合頁(yè)的被記賬在compound_mapcount(存儲(chǔ)在第一個(gè)尾頁(yè))。對(duì)于文件巨型頁(yè)，我們也增加所有子頁(yè)面的->_mapcount，以便無(wú)競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)子頁(yè)面的最后一次unmap。

PageDoubleMap()表示頁(yè)面可能映射了pte。

對(duì)于匿名頁(yè)面，PageDoubleMap()還表示->_mapcount在所有子頁(yè)面中被抵消了一個(gè)。此附加引用是必需的，當(dāng)子頁(yè)面同時(shí)被映射到PMDs和 PTEs時(shí)，獲得對(duì)其子頁(yè)面unmap的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)。

這是降低每個(gè)子頁(yè)面的mapcount跟蹤開(kāi)銷(xiāo)所需的優(yōu)化。另一種方法是在整個(gè)復(fù)合頁(yè)面的每個(gè)map/unmap上的所有子頁(yè)面中添加 ->_mapcount。

對(duì)于匿名頁(yè)面，當(dāng)頁(yè)面的PMD被分裂時(shí)，但仍有PMD映射，我們?cè)O(shè)置PG_double_map。額外的引用去掉最后一個(gè)compound_mapcount。

文件頁(yè)面在帶有PTE和的頁(yè)面的第一個(gè)映射上設(shè)置PG_double_map ，當(dāng)頁(yè)面從頁(yè)面緩存中被驅(qū)逐時(shí)，該頁(yè)面就會(huì)消失。

split_huge_page內(nèi)部必須在從頭頁(yè)到尾頁(yè)分配refcount，然后清除頁(yè)面結(jié)構(gòu)中所有的PG_head/尾位。它可以很容易地實(shí)現(xiàn)頁(yè)表?xiàng)l目的引用計(jì)數(shù)。但我們沒(méi)有足夠的信息來(lái)分發(fā)額外的pins(即get_user_pages)。split_huge_page()請(qǐng)求去分裂pin住的大頁(yè)面是失敗的: 它期望頁(yè)面計(jì)數(shù)等于所有子頁(yè)面的mapcount之和加上1 (split_huge_page調(diào)用者必須有頭頁(yè)引用)。

split_huge_page使用遷移條目來(lái)穩(wěn)定匿名頁(yè)面的page->_refcount和page->_mapcount。文件頁(yè)面被取消映射。

我們和物理內(nèi)存掃描器（頁(yè)面回收的掃描器）競(jìng)爭(zhēng)也是安全的:掃描器來(lái)獲取對(duì)頁(yè)面的引用唯一合法的方式是get_page_unless_zero()。

在atomic_add()之前，所有尾頁(yè)的->_refcount都為0。這可以防止掃描器獲取到尾頁(yè)的引用。在atomic_add()之后，我們不關(guān)心->_refcount值。我們已經(jīng)從頭頁(yè)上知道有多少引用是取消記賬的。

對(duì)于頭頁(yè)，get_page_unless_zero()會(huì)成功，我們不介意。它是明確拆分后引用應(yīng)該去哪里:它將停留在首頁(yè)。

注意split_huge_pmd()對(duì)refcount沒(méi)有任何限制:PMD可以在任何點(diǎn)被拆分并且永不失敗。

== 部分 unmap and deferred_split_huge_page() ==

解除THP部分映射(使用munmap()或其他方式)不會(huì)立即釋放內(nèi)存。相反，我們?cè)趐age_remove_rmap()中檢測(cè)到THP的一個(gè)子頁(yè)面沒(méi)有被使用，并在內(nèi)存壓力時(shí)，將THP排隊(duì)以進(jìn)行拆分。分裂將釋放未使用的子頁(yè)面。

由于將上下文鎖住在我們可以檢測(cè)到部分unmap的地方，所以不能立即拆分頁(yè)面。這也可能會(huì)適得其反，因?yàn)樵谠S多情況下，如果THP跨越VMA邊界，在exit(2)期間會(huì)發(fā)生部分unmap。

用于對(duì)頁(yè)面進(jìn)行排隊(duì)以進(jìn)行拆分。當(dāng)我們通過(guò)shrinker收縮器接口獲得內(nèi)存壓力時(shí)，分裂本身就會(huì)發(fā)生。

審核編輯：劉清