在《圖解｜Linux大內(nèi)存頁(yè)原理》一文中，我們介紹過(guò)標(biāo)準(zhǔn)大頁(yè)的原理與其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在我們回顧一下標(biāo)準(zhǔn)大頁(yè)有哪些優(yōu)點(diǎn)：

(相關(guān)資料圖)

減少轉(zhuǎn)譯后備緩沖區(qū)（Translation Lookaside Buffer，TLB）的失效情況，TLB 是 CPU 為了加速虛擬內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換成物理內(nèi)存地址而增加的緩沖區(qū)。減少頁(yè)表的內(nèi)存消耗。減少缺頁(yè)異常（page fault）發(fā)生的次數(shù)，缺頁(yè)異常處理例程需要對(duì)虛擬內(nèi)存地址進(jìn)行映射，而這個(gè)映射過(guò)程也是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。

可以看出，使用大頁(yè)能夠加速系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

但是標(biāo)準(zhǔn)大頁(yè)使用起來(lái)比較麻煩，需要掛載 Hugetlb 文件系統(tǒng)，并且需要使用 mmap 系統(tǒng)調(diào)用來(lái)對(duì)大頁(yè)進(jìn)行映射。為了解決標(biāo)準(zhǔn)大頁(yè)使用麻煩的問(wèn)題，紅帽子（Red Hat）公司開(kāi)發(fā)出透明大頁(yè)（Transparent Huge Pages，THP）功能。

要使用透明大頁(yè)功能，只需要使用以下命令開(kāi)啟即可：

echoalways>/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

開(kāi)啟了透明大頁(yè)功能后，內(nèi)核將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)名為khugepaged的內(nèi)核線程。

khugepaged內(nèi)核線程會(huì)不斷掃描進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間（vma，virtual memory area），如果發(fā)現(xiàn)存在 2MB 地址連續(xù)的虛擬地址空間，那么判斷其是否滿足轉(zhuǎn)換成大頁(yè)的條件，如果滿足則將這些物理內(nèi)存合并成一個(gè)大頁(yè)。如下圖所示：

相對(duì)于使用繁瑣的標(biāo)準(zhǔn)大頁(yè)，透明大頁(yè)顯得更加友好。

透明大頁(yè)原理

操作系統(tǒng)管理內(nèi)存時(shí)，是以頁(yè)作為單位的，常用的頁(yè)大小有4KB、2MB和1GB。4KB 的內(nèi)存頁(yè)被稱為普通內(nèi)存頁(yè)，而 2MB 和 1GB 的內(nèi)存頁(yè)被稱為大頁(yè)。

通常來(lái)說(shuō)，4KB 的內(nèi)存頁(yè)使用頻率最多，但有時(shí)候?yàn)榱藴p少缺頁(yè)異常發(fā)生的次數(shù)（提升程序的性能），所以會(huì)使用 2MB 或者 1GB 的內(nèi)存頁(yè)來(lái)代替 4KB 的內(nèi)存頁(yè)。

透明大頁(yè)核心思想

透明大頁(yè)的核心思想很簡(jiǎn)單：不斷掃描進(jìn)程的虛擬內(nèi)存區(qū)間（vma），如果發(fā)現(xiàn)大小超過(guò) 2MB 的內(nèi)存區(qū)間，將會(huì)判斷其是否滿足轉(zhuǎn)換成大頁(yè)的條件，如果滿足則將這些物理內(nèi)存合并成一個(gè)大頁(yè)。

我們知道每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè) mm_struct 結(jié)構(gòu)，用來(lái)管理進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間和映射物理地址的頁(yè)表等信息，而虛擬內(nèi)存的區(qū)間是通過(guò) vm_area_struct 結(jié)構(gòu)（vma）來(lái)管理的。

透明大頁(yè)的核心邏輯步驟：

查找滿足轉(zhuǎn)換成大頁(yè)的內(nèi)存區(qū)間

khugepaged內(nèi)核線程會(huì)掃描進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)存區(qū)間大于等于 2MB，并且滿足轉(zhuǎn)換成大頁(yè)的條件，那么將會(huì)進(jìn)入下面的步驟。

關(guān)鍵詞： 虛擬內(nèi)存 物理內(nèi)存 異常發(fā)生