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linux+分配大页内存

在 Linux 系统中,分配大页内存(Huge Pages)可以显著提高某些应用程序的性能,特别是那些对内存访问延迟敏感的应用,如数据库、高性能计算(HPC)应用等。以下是关于如何在 Linux 中分配和管理大页内存的详细指南。

1. 大页内存概述

  • 标准页大小:通常为 4KB。
  • 大页内存:常见的大小有 2MB 和 1GB,具体取决于硬件和内核配置。
  • 优势
    • 减少 TLB(Translation Lookaside Buffer)缺失,提高内存访问速度。
    • 降低内存管理的开销,提高缓存命中率。

2. 检查当前大页内存配置

查看系统支持的大页大小

代码语言:javascript
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cat /sys/kernel/mm/hugepages/

输出示例:

代码语言:javascript
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hugepages-2048kB/nr_overcommit_hugepages
hugepages-2048kB/nr_hugepages
hugepages-2048kB/memsize
hugepages-1048576kB/nr_overcommit_hugepages
hugepages-1048576kB/nr_hugepages
hugepages-1048576kB/memsize

查看当前已分配的大页数量

代码语言:javascript
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cat /sys/kernel/mm/hugepages-<size>/nr_hugepages

例如,查看 2MB 大页的数量:

代码语言:javascript
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cat /sys/kernel/mm/hugepages-2048kB/nr_hugepages

3. 配置大页内存

临时配置(重启后失效)

设置 2MB 大页数量为 1024

代码语言:javascript
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echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages-2048kB/nr_hugepages

设置 1GB 大页数量为 1

代码语言:javascript
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echo 1 > /sys/kernel/mm/hugepages-1048576kB/nr_hugepages

永久配置(重启后生效)

  1. 编辑 /etc/default/grub 文件 找到 GRUB_CMDLINE_LINUX 行,添加大页配置参数。例如,设置 2MB 大页数量为 1024: GRUB_CMDLINE_LINUX="... hugepages=1024" 如果需要同时配置不同大小的大页,可以使用逗号分隔: GRUB_CMDLINE_LINUX="... hugepages=1024 hugepagesz=1G hugepages_1G=1"
  2. 更新 GRUB 配置 sudo grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 或者对于使用 grub 的系统: sudo update-grub
  3. 重启系统 sudo reboot
  4. 验证配置 系统重启后,检查大页配置是否生效: grep Huge /proc/meminfo 输出示例: HugePages_Total: 1024 HugePages_Free: 1024 HugePages_Rsvd: 0 HugePages_Surp: 0 Hugepagesize: 2048 kB

4. 在应用程序中使用大页内存

使用 mmap 分配大页内存

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#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

#define HUGETLB_FLAG_LARGE | MAP_HUGETLB
#define PAGE_SIZE 2147483648UL // 2GB

int main() {
    int fd = open("/dev/hugepages/my_hugepage_file", O_RDWR | O_CREAT, 0755);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    // 预留 2GB 大页内存
    ftruncate(fd, PAGE_SIZE);

    void *addr = mmap(NULL, PAGE_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
                      MAP_SHARED | MAP_HUGETLB, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 使用大页内存...

    munmap(addr, PAGE_SIZE);
    close(fd);
    return 0;
}

使用环境变量指定大页内存路径

代码语言:javascript
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export HUGETLB_PATH=/mnt/hugepages

然后在应用程序中使用 mmap 时,大页内存将自动从指定路径分配。

5. 常见问题排查

检查大页内存是否被正确分配

代码语言:javascript
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cat /proc/meminfo | grep Huge

查看大页内存使用情况

代码语言:javascript
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cat /sys/kernel/mm/hugepages-<size>/nr_overcommit_hugepages

权限问题

确保 /dev/hugepages 目录存在且具有适当的权限:

代码语言:javascript
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sudo mkdir -p /mnt/hugepages
sudo mount -t hugetlbfs nodev /mnt/hugepages
sudo chown root:root /mnt/hugepages
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