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由Google、OPPO、ARM、华为等大厂程序员贡献的Linux Large Folios大页在社区和产品的现状和未来

发布时间:2024-04-12 23:31:18

Linux 内核中,一个 folio 可以只包含 1 个 page,也可以包含多个 page。当一个 folio 包含多个 page 的时候,我们称它为一个 large folio,在中文社区,我们一般称呼其为大页。采用 large folio 可潜在带来诸多好处,比如:

1. TLB miss 减小,比如许多硬件都支持 PMD 映射,可以直接把 2MB 做成一个 large folio,只占用一个 TLB entry;部分硬件支持 contiguous PTE 映射,比如 ARM64 可以让 16 个连续的 page 通过 CONT-PTE 只占一个 TLB entry。

 

2. page fault 次数减小,比如 do_anonymous_page() 在某个 PTE 的 page fault 后,直接申请一个 large folio 并映射一个 CONT-PTE 的话,则剩下的 15 个 PTE 不再发生 page fault。

 

3. 降低 LRU 的规模和内存 reclamation 的成本,以 large folio 为单位进行回收,整个 large folio 在 folio_referenced() 等的反向映射成本低于多个 small folio 单独进行 rmap 的成本;try_to_unmap_one() 理论上也如此。

 

4. 潜在的以更大粒度在 zRAM/zsmalloc 进行压缩/解压的机会,从而降低压缩/解压的 CPU 利用率、提高压缩率。比如 64KiB 的 large folio 整体压缩,比分成 16个4KiB 的 small folio 来进行压缩,有明显优势。

 

在 Linux 内核的整个内存管理中,large folios 将与 small folios(只有一个page)混合存在。比如在 LRU 链表上,挂在上面的 folio 既可能是 large,也可能是 small;一个进程的某个 VMA 里面的内存,可由 large folios 和 small folios 混合组成;文件的 pagecache 上,不同的 offset 上面对应的可能是 small folios 也可能是 large folios。

 

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