一種基于物理大頁的頁遷移策略的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、物理內(nèi)存是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的核心硬件資源，同時也是短缺的資源。內(nèi)存中越來越多的進(jìn)程數(shù)量以及日益增長的應(yīng)用程序的內(nèi)存占用，都讓物理內(nèi)存利用率的優(yōu)化永遠(yuǎn)不能停下腳步。在眾多物理內(nèi)存利用率的優(yōu)化方案中，大頁的運(yùn)用是一個典型的代表。大頁技術(shù)在減少TLB(Translation Lookaside Buffer，轉(zhuǎn)址旁路緩存)失效開銷的同時，能減少操作系統(tǒng)管理的頁表項(xiàng)數(shù)量，被現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廣泛支持。
　　目前Linux系統(tǒng)的大頁機(jī)制采用的是基于連

2、續(xù)小頁的復(fù)合大頁。在這種機(jī)制下，頁描述符所描述的頁框依然是小頁頁框;需要大頁的時候，系統(tǒng)分配連續(xù)的小頁當(dāng)成一個大頁使用。復(fù)合大頁兼容了原有的基于小頁的物理內(nèi)存管理模塊，而且一般能切實(shí)有效地減少系統(tǒng)的頁表項(xiàng)和降低TLB的失效開銷。但是，這種復(fù)合大頁技術(shù)沒有減少管理物理內(nèi)存的元數(shù)據(jù)開銷，對大頁的操作常常要分解成對小頁操作的迭代。在空間和時間兩個方面，大頁技術(shù)都有進(jìn)一步優(yōu)化的可能性。
　　一種可能的優(yōu)化方案是物理大頁（頁描述符直接描述大

3、頁）的運(yùn)用，但是物理大頁的運(yùn)用面臨著挑戰(zhàn)。首先，一般情況下物理小頁應(yīng)該得到保留。大頁在適用場景中確實(shí)能顯著提升整機(jī)性能和節(jié)約內(nèi)存空間，但是大頁的適用還是不如小頁廣泛。如果純用大頁，可能造成過多的內(nèi)部碎片，反而沒有提高內(nèi)存利用率。如果不放棄小頁，那么物理大頁就要與物理小頁共存，這為操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了不少問題，比如物理內(nèi)存空間如何分布，如何調(diào)整大頁和小頁的空間配額等等。
　　本文從一種面向Linux系統(tǒng)下的hugetlbfs接口的物

4、理大頁技術(shù)出發(fā)，探討其可行的物理內(nèi)存空間布局。在一種物理大頁與小頁共存的布局下，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種頁遷移方案來支持大小頁內(nèi)存池的運(yùn)行時調(diào)整。
　　本文的主要工作有:
　　研究分析了Linux系統(tǒng)支持的大頁技術(shù)，包括從系統(tǒng)程序員的角度看到的共享大頁內(nèi)存和映射大頁內(nèi)存，以及從內(nèi)核程序員的角度看到的透明大頁(THP)以及hugetlbfs，同時還研究分析了一種基于Linux的面向hugetlbfs的物理大頁技術(shù)。
　　實(shí)現(xiàn)了物