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diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/damon/design.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/damon/design.rst index 05f66c02740a..46128b77c2b3 100644 --- a/Documentation/translations/zh_CN/vm/damon/design.rst +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/damon/design.rst @@ -77,7 +77,7 @@ DAMON目前为物理和虚拟地址空间提供了基元的实现。下面两个 ======================== 下面四个部分分别描述了DAMON的核心机制和五个监测属性，即 ``采样间隔`` 、 ``聚集间隔`` 、 -``区域更新间隔`` 、 ``最小区域数`` 和 ``最大区域数`` 。 +``更新间隔`` 、 ``最小区域数`` 和 ``最大区域数`` 。 访问频率监测 @@ -135,5 +135,6 @@ DAMON的输出显示了在给定的时间内哪些页面的访问频率是多少 监测目标地址范围可以动态改变。例如，虚拟内存可以动态地被映射和解映射。物理内存可以被 热插拔。 -由于在某些情况下变化可能相当频繁，DAMON检查动态内存映射的变化，并仅在用户指定的时间 -间隔（ ``区域更新间隔`` ）内将其应用于抽象的目标区域。 +由于在某些情况下变化可能相当频繁，DAMON允许监控操作检查动态变化，包括内存映射变化， +并仅在用户指定的时间间隔（ ``更新间隔`` ）中的每个时间段，将其应用于监控操作相关的 +数据结构，如抽象的监控目标内存区。
\ No newline at end of file diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/frontswap.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/frontswap.rst new file mode 100644 index 000000000000..3eb07870e2ef --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/frontswap.rst @@ -0,0 +1,196 @@ +:Original: Documentation/vm/_free_page_reporting.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + +========= +Frontswap +========= + +Frontswap为交换页提供了一个 “transcendent memory” 的接口。在一些环境中，由 +于交换页被保存在RAM（或类似RAM的设备）中，而不是交换磁盘，因此可以获得巨大的性能 +节省（提高）。 + +.. _Transcendent memory in a nutshell: https://lwn.net/Articles/454795/ + +Frontswap之所以这么命名，是因为它可以被认为是与swap设备的“back”存储相反。存 +储器被认为是一个同步并发安全的面向页面的“伪RAM设备”，符合transcendent memory +（如Xen的“tmem”，或内核内压缩内存，又称“zcache”，或未来的类似RAM的设备）的要 +求；这个伪RAM设备不能被内核直接访问或寻址，其大小未知且可能随时间变化。驱动程序通过 +调用frontswap_register_ops将自己与frontswap链接起来，以适当地设置frontswap_ops +的功能，它提供的功能必须符合某些策略，如下所示: + +一个 “init” 将设备准备好接收与指定的交换设备编号（又称“类型”）相关的frontswap +交换页。一个 “store” 将把该页复制到transcendent memory，并与该页的类型和偏移 +量相关联。一个 “load” 将把该页，如果找到的话，从transcendent memory复制到内核 +内存，但不会从transcendent memory中删除该页。一个 “invalidate_page” 将从 +transcendent memory中删除该页，一个 “invalidate_area” 将删除所有与交换类型 +相关的页（例如，像swapoff）并通知 “device” 拒绝进一步存储该交换类型。 + +一旦一个页面被成功存储，在该页面上的匹配加载通常会成功。因此，当内核发现自己处于需 +要交换页面的情况时，它首先尝试使用frontswap。如果存储的结果是成功的，那么数据就已 +经成功的保存到了transcendent memory中，并且避免了磁盘写入，如果后来再读回数据， +也避免了磁盘读取。如果存储返回失败，transcendent memory已经拒绝了该数据，且该页 +可以像往常一样被写入交换空间。 + +请注意，如果一个页面被存储，而该页面已经存在于transcendent memory中（一个 “重复” +的存储），要么存储成功，数据被覆盖，要么存储失败，该页面被废止。这确保了旧的数据永远 +不会从frontswap中获得。 + +如果配置正确，对frontswap的监控是通过 `/sys/kernel/debug/frontswap` 目录下的 +debugfs完成的。frontswap的有效性可以通过以下方式测量（在所有交换设备中）: + +``failed_stores`` + 有多少次存储的尝试是失败的 + +``loads`` + 尝试了多少次加载（应该全部成功） + +``succ_stores`` + 有多少次存储的尝试是成功的 + +``invalidates`` + 尝试了多少次作废 + +后台实现可以提供额外的指标。 + +经常问到的问题 +============== + +* 价值在哪里? + +当一个工作负载开始交换时，性能就会下降。Frontswap通过提供一个干净的、动态的接口来 +读取和写入交换页到 “transcendent memory”，从而大大增加了许多这样的工作负载的性 +能，否则内核是无法直接寻址的。当数据被转换为不同的形式和大小（比如压缩）或者被秘密 +移动（对于一些类似RAM的设备来说，这可能对写平衡很有用）时，这个接口是理想的。交换 +页（和被驱逐的页面缓存页）是这种比RAM慢但比磁盘快得多的“伪RAM设备”的一大用途。 + +Frontswap对内核的影响相当小，为各种系统配置中更动态、更灵活的RAM利用提供了巨大的 +灵活性： + +在单一内核的情况下，又称“zcache”，页面被压缩并存储在本地内存中，从而增加了可以安 +全保存在RAM中的匿名页面总数。Zcache本质上是用压缩/解压缩的CPU周期换取更好的内存利 +用率。Benchmarks测试显示，当内存压力较低时，几乎没有影响，而在高内存压力下的一些 +工作负载上，则有明显的性能改善（25%以上）。 + +“RAMster” 在zcache的基础上增加了对集群系统的 “peer-to-peer” transcendent memory +的支持。Frontswap页面像zcache一样被本地压缩，但随后被“remotified” 到另一个系 +统的RAM。这使得RAM可以根据需要动态地来回负载平衡，也就是说，当系统A超载时，它可以 +交换到系统B，反之亦然。RAMster也可以被配置成一个内存服务器，因此集群中的许多服务器 +可以根据需要动态地交换到配置有大量内存的单一服务器上......而不需要预先配置每个客户 +有多少内存可用 + +在虚拟情况下，虚拟化的全部意义在于统计地将物理资源在多个虚拟机的不同需求之间进行复 +用。对于RAM来说，这真的很难做到，而且在不改变内核的情况下，要做好这一点的努力基本上 +是失败的（除了一些广为人知的特殊情况下的工作负载）。具体来说，Xen Transcendent Memory +后端允许管理器拥有的RAM “fallow”，不仅可以在多个虚拟机之间进行“time-shared”， +而且页面可以被压缩和重复利用，以优化RAM的利用率。当客户操作系统被诱导交出未充分利用 +的RAM时（如 “selfballooning”），突然出现的意外内存压力可能会导致交换；frontswap +允许这些页面被交换到管理器RAM中或从管理器RAM中交换（如果整体主机系统内存条件允许）， +从而减轻计划外交换可能带来的可怕的性能影响。 + +一个KVM的实现正在进行中，并且已经被RFC'ed到lkml。而且，利用frontswap，对NVM作为 +内存扩展技术的调查也在进行中。 + +* 当然，在某些情况下可能有性能上的优势，但frontswap的空间/时间开销是多少？ + +如果 CONFIG_FRONTSWAP 被禁用，每个 frontswap 钩子都会编译成空，唯一的开销是每 +个 swapon'ed swap 设备的几个额外字节。如果 CONFIG_FRONTSWAP 被启用，但没有 +frontswap的 “backend” 寄存器，每读或写一个交换页就会有一个额外的全局变量，而不 +是零。如果 CONFIG_FRONTSWAP 被启用，并且有一个frontswap的backend寄存器，并且 +后端每次 “store” 请求都失败（即尽管声称可能，但没有提供内存），CPU 的开销仍然可以 +忽略不计 - 因为每次frontswap失败都是在交换页写到磁盘之前，系统很可能是 I/O 绑定 +的，无论如何使用一小部分的 CPU 都是不相关的。 + +至于空间，如果CONFIG_FRONTSWAP被启用，并且有一个frontswap的backend注册，那么 +每个交换设备的每个交换页都会被分配一个比特。这是在内核已经为每个交换设备的每个交换 +页分配的8位（在2.6.34之前是16位）上增加的。(Hugh Dickins观察到，frontswap可能 +会偷取现有的8个比特，但是我们以后再来担心这个小的优化问题)。对于标准的4K页面大小的 +非常大的交换盘（这很罕见），这是每32GB交换盘1MB开销。 + +当交换页存储在transcendent memory中而不是写到磁盘上时，有一个副作用，即这可能会 +产生更多的内存压力，有可能超过其他的优点。一个backend，比如zcache，必须实现策略 +来仔细（但动态地）管理内存限制，以确保这种情况不会发生。 + +* 好吧，那就用内核骇客能理解的术语来快速概述一下这个frontswap补丁的作用如何？ + +我们假设在内核初始化过程中，一个frontswap 的 “backend” 已经注册了；这个注册表 +明这个frontswap 的 “backend” 可以访问一些不被内核直接访问的“内存”。它到底提 +供了多少内存是完全动态和随机的。 + +每当一个交换设备被交换时，就会调用frontswap_init()，把交换设备的编号（又称“类 +型”）作为一个参数传给它。这就通知了frontswap，以期待 “store” 与该号码相关的交 +换页的尝试。 + +每当交换子系统准备将一个页面写入交换设备时（参见swap_writepage()），就会调用 +frontswap_store。Frontswap与frontswap backend协商，如果backend说它没有空 +间，frontswap_store返回-1，内核就会照常把页换到交换设备上。注意，来自frontswap +backend的响应对内核来说是不可预测的；它可能选择从不接受一个页面，可能接受每九个 +页面，也可能接受每一个页面。但是如果backend确实接受了一个页面，那么这个页面的数 +据已经被复制并与类型和偏移量相关联了，而且backend保证了数据的持久性。在这种情况 +下，frontswap在交换设备的“frontswap_map” 中设置了一个位，对应于交换设备上的 +页面偏移量，否则它就会将数据写入该设备。 + +当交换子系统需要交换一个页面时（swap_readpage()），它首先调用frontswap_load()， +检查frontswap_map，看这个页面是否早先被frontswap backend接受。如果是，该页 +的数据就会从frontswap后端填充，换入就完成了。如果不是，正常的交换代码将被执行， +以便从真正的交换设备上获得这一页的数据。 + +所以每次frontswap backend接受一个页面时，交换设备的读取和（可能）交换设备的写 +入都被 “frontswap backend store” 和（可能）“frontswap backend loads” +所取代，这可能会快得多。 + +* frontswap不能被配置为一个 “特殊的” 交换设备，它的优先级要高于任何真正的交换 + 设备（例如像zswap，或者可能是swap-over-nbd/NFS）？ + +首先，现有的交换子系统不允许有任何种类的交换层次结构。也许它可以被重写以适应层次 +结构，但这将需要相当大的改变。即使它被重写，现有的交换子系统也使用了块I/O层，它 +假定交换设备是固定大小的，其中的任何页面都是可线性寻址的。Frontswap几乎没有触 +及现有的交换子系统，而是围绕着块I/O子系统的限制，提供了大量的灵活性和动态性。 + +例如，frontswap backend对任何交换页的接受是完全不可预测的。这对frontswap backend +的定义至关重要，因为它赋予了backend完全动态的决定权。在zcache中，人们无法预 +先知道一个页面的可压缩性如何。可压缩性 “差” 的页面会被拒绝，而 “差” 本身也可 +以根据当前的内存限制动态地定义。 + +此外，frontswap是完全同步的，而真正的交换设备，根据定义，是异步的，并且使用 +块I/O。块I/O层不仅是不必要的，而且可能进行 “优化”，这对面向RAM的设备来说是 +不合适的，包括将一些页面的写入延迟相当长的时间。同步是必须的，以确保后端的动 +态性，并避免棘手的竞争条件，这将不必要地大大增加frontswap和/或块I/O子系统的 +复杂性。也就是说，只有最初的 “store” 和 “load” 操作是需要同步的。一个独立 +的异步线程可以自由地操作由frontswap存储的页面。例如，RAMster中的 “remotification” +线程使用标准的异步内核套接字，将压缩的frontswap页面移动到远程机器。同样， +KVM的客户方实现可以进行客户内压缩，并使用 “batched” hypercalls。 + +在虚拟化环境中，动态性允许管理程序（或主机操作系统）做“intelligent overcommit”。 +例如，它可以选择只接受页面，直到主机交换可能即将发生，然后强迫客户机做他们 +自己的交换。 + +transcendent memory规格的frontswap有一个坏处。因为任何 “store” 都可 +能失败，所以必须在一个真正的交换设备上有一个真正的插槽来交换页面。因此， +frontswap必须作为每个交换设备的 “影子” 来实现，它有可能容纳交换设备可能 +容纳的每一个页面，也有可能根本不容纳任何页面。这意味着frontswap不能包含比 +swap设备总数更多的页面。例如，如果在某些安装上没有配置交换设备，frontswap +就没有用。无交换设备的便携式设备仍然可以使用frontswap，但是这种设备的 +backend必须配置某种 “ghost” 交换设备，并确保它永远不会被使用。 + + +* 为什么会有这种关于 “重复存储” 的奇怪定义？如果一个页面以前被成功地存储过， + 难道它不能总是被成功地覆盖吗？ + +几乎总是可以的，不，有时不能。考虑一个例子，数据被压缩了，原来的4K页面被压 +缩到了1K。现在，有人试图用不可压缩的数据覆盖该页，因此会占用整个4K。但是 +backend没有更多的空间了。在这种情况下，这个存储必须被拒绝。每当frontswap +拒绝一个会覆盖的存储时，它也必须使旧的数据作废，并确保它不再被访问。因为交 +换子系统会把新的数据写到读交换设备上，这是确保一致性的正确做法。 + +* 为什么frontswap补丁会创建新的头文件swapfile.h？ + +frontswap代码依赖于一些swap子系统内部的数据结构，这些数据结构多年来一直 +在静态和全局之间来回移动。这似乎是一个合理的妥协：将它们定义为全局，但在一 +个新的包含文件中声明它们，该文件不被包含swap.h的大量源文件所包含。 + +Dan Magenheimer，最后更新于2012年4月9日 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/hmm.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/hmm.rst new file mode 100644 index 000000000000..2379df95aa58 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/hmm.rst @@ -0,0 +1,361 @@ +.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst + +:Original: Documentation/vm/hmm.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + +================== +异构内存管理 (HMM) +================== + +提供基础设施和帮助程序以将非常规内存（设备内存，如板上 GPU 内存）集成到常规内核路径中，其 +基石是此类内存的专用struct page（请参阅本文档的第 5 至 7 节）。 + +HMM 还为 SVM（共享虚拟内存）提供了可选的帮助程序，即允许设备透明地访问与 CPU 一致的程序 +地址，这意味着 CPU 上的任何有效指针也是该设备的有效指针。这对于简化高级异构计算的使用变得 +必不可少，其中 GPU、DSP 或 FPGA 用于代表进程执行各种计算。 + +本文档分为以下部分：在第一部分中，我揭示了与使用特定于设备的内存分配器相关的问题。在第二 +部分中，我揭示了许多平台固有的硬件限制。第三部分概述了 HMM 设计。第四部分解释了 CPU 页 +表镜像的工作原理以及 HMM 在这种情况下的目的。第五部分处理内核中如何表示设备内存。最后， +最后一节介绍了一个新的迁移助手，它允许利用设备 DMA 引擎。 + +.. contents:: :local: + +使用特定于设备的内存分配器的问题 +================================ + +具有大量板载内存（几 GB）的设备（如 GPU）历来通过专用驱动程序特定 API 管理其内存。这会 +造成设备驱动程序分配和管理的内存与常规应用程序内存（私有匿名、共享内存或常规文件支持内存） +之间的隔断。从这里开始，我将把这个方面称为分割的地址空间。我使用共享地址空间来指代相反的情况： +即，设备可以透明地使用任何应用程序内存区域。 + +分割的地址空间的发生是因为设备只能访问通过设备特定 API 分配的内存。这意味着从设备的角度来 +看，程序中的所有内存对象并不平等，这使得依赖于广泛的库的大型程序变得复杂。 + +具体来说，这意味着想要利用像 GPU 这样的设备的代码需要在通用分配的内存（malloc、mmap +私有、mmap 共享）和通过设备驱动程序 API 分配的内存之间复制对象（这仍然以 mmap 结束， +但是是设备文件）。 + +对于平面数据集（数组、网格、图像……），这并不难实现，但对于复杂数据集（列表、树……）， +很难做到正确。复制一个复杂的数据集需要重新映射其每个元素之间的所有指针关系。这很容易出错， +而且由于数据集和地址的重复，程序更难调试。 + +分割地址空间也意味着库不能透明地使用它们从核心程序或另一个库中获得的数据，因此每个库可能 +不得不使用设备特定的内存分配器来重复其输入数据集。大型项目会因此受到影响，并因为各种内存 +拷贝而浪费资源。 + +复制每个库的API以接受每个设备特定分配器分配的内存作为输入或输出，并不是一个可行的选择。 +这将导致库入口点的组合爆炸。 + +最后，随着高级语言结构（在 C++ 中，当然也在其他语言中）的进步，编译器现在有可能在没有程 +序员干预的情况下利用 GPU 和其他设备。某些编译器识别的模式仅适用于共享地址空间。对所有 +其他模式，使用共享地址空间也更合理。 + + +I/O 总线、设备内存特性 +====================== + +由于一些限制，I/O 总线削弱了共享地址空间。大多数 I/O 总线只允许从设备到主内存的基本 +内存访问；甚至缓存一致性通常是可选的。从 CPU 访问设备内存甚至更加有限。通常情况下，它 +不是缓存一致的。 + +如果我们只考虑 PCIE 总线，那么设备可以访问主内存（通常通过 IOMMU）并与 CPU 缓存一 +致。但是，它只允许设备对主存储器进行一组有限的原子操作。这在另一个方向上更糟：CPU +只能访问有限范围的设备内存，而不能对其执行原子操作。因此，从内核的角度来看，设备内存不 +能被视为与常规内存等同。 + +另一个严重的因素是带宽有限（约 32GBytes/s，PCIE 4.0 和 16 通道）。这比最快的 GPU +内存 (1 TBytes/s) 慢 33 倍。最后一个限制是延迟。从设备访问主内存的延迟比设备访问自 +己的内存时高一个数量级。 + +一些平台正在开发新的 I/O 总线或对 PCIE 的添加/修改以解决其中一些限制 +（OpenCAPI、CCIX）。它们主要允许 CPU 和设备之间的双向缓存一致性，并允许架构支持的所 +有原子操作。遗憾的是，并非所有平台都遵循这一趋势，并且一些主要架构没有针对这些问题的硬 +件解决方案。 + +因此，为了使共享地址空间有意义，我们不仅必须允许设备访问任何内存，而且还必须允许任何内 +存在设备使用时迁移到设备内存（在迁移时阻止 CPU 访问）。 + + +共享地址空间和迁移 +================== + +HMM 打算提供两个主要功能。第一个是通过复制cpu页表到设备页表中来共享地址空间，因此对 +于进程地址空间中的任何有效主内存地址，相同的地址指向相同的物理内存。 + +为了实现这一点，HMM 提供了一组帮助程序来填充设备页表，同时跟踪 CPU 页表更新。设备页表 +更新不像 CPU 页表更新那么容易。要更新设备页表，您必须分配一个缓冲区（或使用预先分配的 +缓冲区池）并在其中写入 GPU 特定命令以执行更新（取消映射、缓存失效和刷新等）。这不能通 +过所有设备的通用代码来完成。因此，为什么HMM提供了帮助器，在把硬件的具体细节留给设备驱 +动程序的同时，把一切可以考虑的因素都考虑进去了。 + +HMM 提供的第二种机制是一种新的 ZONE_DEVICE 内存，它允许为设备内存的每个页面分配一个 +struct page。这些页面很特殊，因为 CPU 无法映射它们。然而，它们允许使用现有的迁移机 +制将主内存迁移到设备内存，从 CPU 的角度来看，一切看起来都像是换出到磁盘的页面。使用 +struct page可以与现有的 mm 机制进行最简单、最干净的集成。再次，HMM 仅提供帮助程序， +首先为设备内存热插拔新的 ZONE_DEVICE 内存，然后执行迁移。迁移内容和时间的策略决定留 +给设备驱动程序。 + +请注意，任何 CPU 对设备页面的访问都会触发缺页异常并迁移回主内存。例如，当支持给定CPU +地址 A 的页面从主内存页面迁移到设备页面时，对地址 A 的任何 CPU 访问都会触发缺页异常 +并启动向主内存的迁移。 + +凭借这两个特性，HMM 不仅允许设备镜像进程地址空间并保持 CPU 和设备页表同步，而且还通 +过迁移设备正在使用的数据集部分来利用设备内存。 + + +地址空间镜像实现和API +===================== + +地址空间镜像的主要目标是允许将一定范围的 CPU 页表复制到一个设备页表中；HMM 有助于 +保持两者同步。想要镜像进程地址空间的设备驱动程序必须从注册 mmu_interval_notifier +开始:: + + int mmu_interval_notifier_insert(struct mmu_interval_notifier *interval_sub, + struct mm_struct *mm, unsigned long start, + unsigned long length, + const struct mmu_interval_notifier_ops *ops); + +在 ops->invalidate() 回调期间，设备驱动程序必须对范围执行更新操作（将范围标记为只 +读，或完全取消映射等）。设备必须在驱动程序回调返回之前完成更新。 + +当设备驱动程序想要填充一个虚拟地址范围时，它可以使用:: + + int hmm_range_fault(struct hmm_range *range); + +如果请求写访问，它将在丢失或只读条目上触发缺页异常（见下文）。缺页异常使用通用的 mm 缺 +页异常代码路径，就像 CPU 缺页异常一样。 + +这两个函数都将 CPU 页表条目复制到它们的 pfns 数组参数中。该数组中的每个条目对应于虚拟 +范围中的一个地址。HMM 提供了一组标志来帮助驱动程序识别特殊的 CPU 页表项。 + +在 sync_cpu_device_pagetables() 回调中锁定是驱动程序必须尊重的最重要的方面，以保 +持事物正确同步。使用模式是:: + + int driver_populate_range(...) + { + struct hmm_range range; + ... + + range.notifier = &interval_sub; + range.start = ...; + range.end = ...; + range.hmm_pfns = ...; + + if (!mmget_not_zero(interval_sub->notifier.mm)) + return -EFAULT; + + again: + range.notifier_seq = mmu_interval_read_begin(&interval_sub); + mmap_read_lock(mm); + ret = hmm_range_fault(&range); + if (ret) { + mmap_read_unlock(mm); + if (ret == -EBUSY) + goto again; + return ret; + } + mmap_read_unlock(mm); + + take_lock(driver->update); + if (mmu_interval_read_retry(&ni, range.notifier_seq) { + release_lock(driver->update); + goto again; + } + + /* Use pfns array content to update device page table, + * under the update lock */ + + release_lock(driver->update); + return 0; + } + +driver->update 锁与驱动程序在其 invalidate() 回调中使用的锁相同。该锁必须在调用 +mmu_interval_read_retry() 之前保持，以避免与并发 CPU 页表更新发生任何竞争。 + +利用 default_flags 和 pfn_flags_mask +==================================== + +hmm_range 结构有 2 个字段，default_flags 和 pfn_flags_mask，它们指定整个范围 +的故障或快照策略，而不必为 pfns 数组中的每个条目设置它们。 + +例如，如果设备驱动程序需要至少具有读取权限的范围的页面，它会设置:: + + range->default_flags = HMM_PFN_REQ_FAULT; + range->pfn_flags_mask = 0; + +并如上所述调用 hmm_range_fault()。这将填充至少具有读取权限的范围内的所有页面。 + +现在假设驱动程序想要做同样的事情，除了它想要拥有写权限的范围内的一页。现在驱动程序设 +置:: + + range->default_flags = HMM_PFN_REQ_FAULT; + range->pfn_flags_mask = HMM_PFN_REQ_WRITE; + range->pfns[index_of_write] = HMM_PFN_REQ_WRITE; + +有了这个，HMM 将在至少读取（即有效）的所有页面中异常，并且对于地址 +== range->start + (index_of_write << PAGE_SHIFT) 它将异常写入权限，即，如果 +CPU pte 没有设置写权限，那么HMM将调用handle_mm_fault()。 + +hmm_range_fault 完成后，标志位被设置为页表的当前状态，即 HMM_PFN_VALID | 如果页 +面可写，将设置 HMM_PFN_WRITE。 + + +从核心内核的角度表示和管理设备内存 +================================== + +尝试了几种不同的设计来支持设备内存。第一个使用特定于设备的数据结构来保存有关迁移内存 +的信息，HMM 将自身挂接到 mm 代码的各个位置，以处理对设备内存支持的地址的任何访问。 +事实证明，这最终复制了 struct page 的大部分字段，并且还需要更新许多内核代码路径才 +能理解这种新的内存类型。 + +大多数内核代码路径从不尝试访问页面后面的内存，而只关心struct page的内容。正因为如此， +HMM 切换到直接使用 struct page 用于设备内存，这使得大多数内核代码路径不知道差异。 +我们只需要确保没有人试图从 CPU 端映射这些页面。 + +移入和移出设备内存 +================== + +由于 CPU 无法直接访问设备内存，因此设备驱动程序必须使用硬件 DMA 或设备特定的加载/存 +储指令来迁移数据。migrate_vma_setup()、migrate_vma_pages() 和 +migrate_vma_finalize() 函数旨在使驱动程序更易于编写并集中跨驱动程序的通用代码。 + +在将页面迁移到设备私有内存之前，需要创建特殊的设备私有 ``struct page`` 。这些将用 +作特殊的“交换”页表条目，以便 CPU 进程在尝试访问已迁移到设备专用内存的页面时会发生异常。 + +这些可以通过以下方式分配和释放:: + + struct resource *res; + struct dev_pagemap pagemap; + + res = request_free_mem_region(&iomem_resource, /* number of bytes */, + "name of driver resource"); + pagemap.type = MEMORY_DEVICE_PRIVATE; + pagemap.range.start = res->start; + pagemap.range.end = res->end; + pagemap.nr_range = 1; + pagemap.ops = &device_devmem_ops; + memremap_pages(&pagemap, numa_node_id()); + + memunmap_pages(&pagemap); + release_mem_region(pagemap.range.start, range_len(&pagemap.range)); + +还有devm_request_free_mem_region(), devm_memremap_pages(), +devm_memunmap_pages() 和 devm_release_mem_region() 当资源可以绑定到 ``struct device``. + +整体迁移步骤类似于在系统内存中迁移 NUMA 页面(see :ref:`Page migration <page_migration>`) ， +但这些步骤分为设备驱动程序特定代码和共享公共代码: + +1. ``mmap_read_lock()`` + + 设备驱动程序必须将 ``struct vm_area_struct`` 传递给migrate_vma_setup()， + 因此需要在迁移期间保留 mmap_read_lock() 或 mmap_write_lock()。 + +2. ``migrate_vma_setup(struct migrate_vma *args)`` + + 设备驱动初始化了 ``struct migrate_vma`` 的字段，并将该指针传递给 + migrate_vma_setup()。``args->flags`` 字段是用来过滤哪些源页面应该被迁移。 + 例如，设置 ``MIGRATE_VMA_SELECT_SYSTEM`` 将只迁移系统内存，设置 + ``MIGRATE_VMA_SELECT_DEVICE_PRIVATE`` 将只迁移驻留在设备私有内存中的页 + 面。如果后者被设置， ``args->pgmap_owner`` 字段被用来识别驱动所拥有的设备 + 私有页。这就避免了试图迁移驻留在其他设备中的设备私有页。目前，只有匿名的私有VMA + 范围可以被迁移到系统内存和设备私有内存。 + + migrate_vma_setup()所做的第一步是用 ``mmu_notifier_invalidate_range_start()`` + 和 ``mmu_notifier_invalidate_range_end()`` 调用来遍历设备周围的页表，使 + 其他设备的MMU无效，以便在 ``args->src`` 数组中填写要迁移的PFN。 + ``invalidate_range_start()`` 回调传递给一个``struct mmu_notifier_range`` ， + 其 ``event`` 字段设置为MMU_NOTIFY_MIGRATE， ``owner`` 字段设置为传递给 + migrate_vma_setup()的 ``args->pgmap_owner`` 字段。这允许设备驱动跳过无 + 效化回调，只无效化那些实际正在迁移的设备私有MMU映射。这一点将在下一节详细解释。 + + + 在遍历页表时，一个 ``pte_none()`` 或 ``is_zero_pfn()`` 条目导致一个有效 + 的 “zero” PFN 存储在 ``args->src`` 阵列中。这让驱动分配设备私有内存并清 + 除它，而不是复制一个零页。到系统内存或设备私有结构页的有效PTE条目将被 + ``lock_page()``锁定，与LRU隔离（如果系统内存和设备私有页不在LRU上），从进 + 程中取消映射，并插入一个特殊的迁移PTE来代替原来的PTE。 migrate_vma_setup() + 还清除了 ``args->dst`` 数组。 + +3. 设备驱动程序分配目标页面并将源页面复制到目标页面。 + + 驱动程序检查每个 ``src`` 条目以查看该 ``MIGRATE_PFN_MIGRATE`` 位是否已 + 设置并跳过未迁移的条目。设备驱动程序还可以通过不填充页面的 ``dst`` 数组来选 + 择跳过页面迁移。 + + 然后，驱动程序分配一个设备私有 struct page 或一个系统内存页，用 ``lock_page()`` + 锁定该页，并将 ``dst`` 数组条目填入:: + + dst[i] = migrate_pfn(page_to_pfn(dpage)); + + 现在驱动程序知道这个页面正在被迁移，它可以使设备私有 MMU 映射无效并将设备私有 + 内存复制到系统内存或另一个设备私有页面。由于核心 Linux 内核会处理 CPU 页表失 + 效，因此设备驱动程序只需使其自己的 MMU 映射失效。 + + 驱动程序可以使用 ``migrate_pfn_to_page(src[i])`` 来获取源设备的 + ``struct page`` 面，并将源页面复制到目标设备上，如果指针为 ``NULL`` ，意 + 味着源页面没有被填充到系统内存中，则清除目标设备的私有内存。 + +4. ``migrate_vma_pages()`` + + 这一步是实际“提交”迁移的地方。 + + 如果源页是 ``pte_none()`` 或 ``is_zero_pfn()`` 页，这时新分配的页会被插 + 入到CPU的页表中。如果一个CPU线程在同一页面上发生异常，这可能会失败。然而，页 + 表被锁定，只有一个新页会被插入。如果它失去了竞争，设备驱动将看到 + ``MIGRATE_PFN_MIGRATE`` 位被清除。 + + 如果源页被锁定、隔离等，源 ``struct page`` 信息现在被复制到目标 + ``struct page`` ，最终完成CPU端的迁移。 + +5. 设备驱动为仍在迁移的页面更新设备MMU页表，回滚未迁移的页面。 + + 如果 ``src`` 条目仍然有 ``MIGRATE_PFN_MIGRATE`` 位被设置，设备驱动可以 + 更新设备MMU，如果 ``MIGRATE_PFN_WRITE`` 位被设置，则设置写启用位。 + +6. ``migrate_vma_finalize()`` + + 这一步用新页的页表项替换特殊的迁移页表项，并释放对源和目的 ``struct page`` + 的引用。 + +7. ``mmap_read_unlock()`` + + 现在可以释放锁了。 + +独占访问存储器 +============== + +一些设备具有诸如原子PTE位的功能，可以用来实现对系统内存的原子访问。为了支持对一 +个共享的虚拟内存页的原子操作，这样的设备需要对该页的访问是排他的，而不是来自CPU +的任何用户空间访问。 ``make_device_exclusive_range()`` 函数可以用来使一 +个内存范围不能从用户空间访问。 + +这将用特殊的交换条目替换给定范围内的所有页的映射。任何试图访问交换条目的行为都会 +导致一个异常，该异常会通过用原始映射替换该条目而得到恢复。驱动程序会被通知映射已 +经被MMU通知器改变，之后它将不再有对该页的独占访问。独占访问被保证持续到驱动程序 +放弃页面锁和页面引用为止，这时页面上的任何CPU异常都可以按所述进行。 + +内存 cgroup (memcg) 和 rss 统计 +=============================== + +目前，设备内存被视为 rss 计数器中的任何常规页面（如果设备页面用于匿名，则为匿名， +如果设备页面用于文件支持页面，则为文件，如果设备页面用于共享内存，则为 shmem）。 +这是为了保持现有应用程序的故意选择，这些应用程序可能在不知情的情况下开始使用设备 +内存，运行不受影响。 + +一个缺点是 OOM 杀手可能会杀死使用大量设备内存而不是大量常规系统内存的应用程序， +因此不会释放太多系统内存。在决定以不同方式计算设备内存之前，我们希望收集更多关 +于应用程序和系统在存在设备内存的情况下在内存压力下如何反应的实际经验。 + +对内存 cgroup 做出了相同的决定。设备内存页面根据相同的内存 cgroup 计算，常规 +页面将被计算在内。这确实简化了进出设备内存的迁移。这也意味着从设备内存迁移回常规 +内存不会失败，因为它会超过内存 cgroup 限制。一旦我们对设备内存的使用方式及其对 +内存资源控制的影响有了更多的了解，我们可能会在后面重新考虑这个选择。 + +请注意，设备内存永远不能由设备驱动程序或通过 GUP 固定，因此此类内存在进程退出时 +总是被释放的。或者在共享内存或文件支持内存的情况下，当删除最后一个引用时。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/hugetlbfs_reserv.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/hugetlbfs_reserv.rst new file mode 100644 index 000000000000..c6d471ce2131 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/hugetlbfs_reserv.rst @@ -0,0 +1,436 @@ +.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst + +:Original: Documentation/vm/hugetlbfs_reserv.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + +============== +Hugetlbfs 预留 +============== + +概述 +==== + +:ref:`hugetlbpage` 中描述的巨页通常是预先分配给应用程序使用的。如果VMA指 +示要使用巨页，这些巨页会在缺页异常时被实例化到任务的地址空间。如果在缺页异常 +时没有巨页存在，任务就会被发送一个SIGBUS，并经常不高兴地死去。在加入巨页支 +持后不久，人们决定，在mmap()时检测巨页的短缺情况会更好。这个想法是，如果 +没有足够的巨页来覆盖映射，mmap()将失败。这首先是在mmap()时在代码中做一个 +简单的检查，以确定是否有足够的空闲巨页来覆盖映射。就像内核中的大多数东西一 +样，代码随着时间的推移而不断发展。然而，基本的想法是在mmap()时 “预留” +巨页，以确保巨页可以用于该映射中的缺页异常。下面的描述试图描述在v4.10内核 +中是如何进行巨页预留处理的。 + + +读者 +==== +这个描述主要是针对正在修改hugetlbfs代码的内核开发者。 + + +数据结构 +======== + +resv_huge_pages + 这是一个全局的（per-hstate）预留的巨页的计数。预留的巨页只对预留它们的任 + 务可用。因此，一般可用的巨页的数量被计算为(``free_huge_pages - resv_huge_pages``)。 +Reserve Map + 预留映射由以下结构体描述:: + + struct resv_map { + struct kref refs; + spinlock_t lock; + struct list_head regions; + long adds_in_progress; + struct list_head region_cache; + long region_cache_count; + }; + + 系统中每个巨页映射都有一个预留映射。resv_map中的regions列表描述了映射中的 + 区域。一个区域被描述为:: + + struct file_region { + struct list_head link; + long from; + long to; + }; + + file_region结构体的 ‘from’ 和 ‘to’ 字段是进入映射的巨页索引。根据映射的类型，在 + reserv_map 中的一个区域可能表示该范围存在预留，或预留不存在。 +Flags for MAP_PRIVATE Reservations + 这些被存储在预留的映射指针的底部。 + + ``#define HPAGE_RESV_OWNER (1UL << 0)`` + 表示该任务是与该映射相关的预留的所有者。 + ``#define HPAGE_RESV_UNMAPPED (1UL << 1)`` + 表示最初映射此范围（并创建储备）的任务由于COW失败而从该任务（子任务）中取消映 + 射了一个页面。 +Page Flags + PagePrivate页面标志是用来指示在释放巨页时必须恢复巨页的预留。更多细节将在 + “释放巨页” 一节中讨论。 + + +预留映射位置（私有或共享） +========================== + +一个巨页映射或段要么是私有的，要么是共享的。如果是私有的，它通常只对一个地址空间 +（任务）可用。如果是共享的，它可以被映射到多个地址空间（任务）。对于这两种类型的映射， +预留映射的位置和语义是明显不同的。位置的差异是： + +- 对于私有映射，预留映射挂在VMA结构体上。具体来说，就是vma->vm_private_data。这个保 + 留映射是在创建映射（mmap(MAP_PRIVATE)）时创建的。 +- 对于共享映射，预留映射挂在inode上。具体来说，就是inode->i_mapping->private_data。 + 由于共享映射总是由hugetlbfs文件系统中的文件支持，hugetlbfs代码确保每个节点包含一个预 + 留映射。因此，预留映射在创建节点时被分配。 + + +创建预留 +======== +当创建一个巨大的有页面支持的共享内存段（shmget(SHM_HUGETLB)）或通过mmap(MAP_HUGETLB) +创建一个映射时，就会创建预留。这些操作会导致对函数hugetlb_reserve_pages()的调用:: + + int hugetlb_reserve_pages(struct inode *inode, + long from, long to, + struct vm_area_struct *vma, + vm_flags_t vm_flags) + +hugetlb_reserve_pages()做的第一件事是检查在调用shmget()或mmap()时是否指定了NORESERVE +标志。如果指定了NORESERVE，那么这个函数立即返回，因为不需要预留。 + +参数'from'和'to'是映射或基础文件的巨页索引。对于shmget()，'from'总是0，'to'对应于段/映射 +的长度。对于mmap()，offset参数可以用来指定进入底层文件的偏移量。在这种情况下，'from'和'to' +参数已经被这个偏移量所调整。 + +PRIVATE和SHARED映射之间的一个很大的区别是预留在预留映射中的表示方式。 + +- 对于共享映射，预留映射中的条目表示对应页面的预留存在或曾经存在。当预留被消耗时，预留映射不被 + 修改。 +- 对于私有映射，预留映射中没有条目表示相应页面存在预留。随着预留被消耗，条目被添加到预留映射中。 + 因此，预留映射也可用于确定哪些预留已被消耗。 + +对于私有映射，hugetlb_reserve_pages()创建预留映射并将其挂在VMA结构体上。此外， +HPAGE_RESV_OWNER标志被设置，以表明该VMA拥有预留。 + +预留映射被查阅以确定当前映射/段需要多少巨页预留。对于私有映射，这始终是一个值（to - from）。 +然而，对于共享映射来说，一些预留可能已经存在于(to - from)的范围内。关于如何实现这一点的细节， +请参见 :ref:`预留映射的修改 <resv_map_modifications>` 一节。 + +该映射可能与一个子池（subpool）相关联。如果是这样，将查询子池以确保有足够的空间用于映射。子池 +有可能已经预留了可用于映射的预留空间。更多细节请参见 :ref: `子池预留 <sub_pool_resv>` +一节。 + +在咨询了预留映射和子池之后，就知道了需要的新预留数量。hugetlb_acct_memory()函数被调用以检查 +并获取所要求的预留数量。hugetlb_acct_memory()调用到可能分配和调整剩余页数的函数。然而，在这 +些函数中，代码只是检查以确保有足够的空闲的巨页来容纳预留。如果有的话，全局预留计数resv_huge_pages +会被调整，如下所示:: + + if (resv_needed <= (resv_huge_pages - free_huge_pages)) + resv_huge_pages += resv_needed; + +注意，在检查和调整这些计数器时，全局锁hugetlb_lock会被预留。 + +如果有足够的空闲的巨页，并且全局计数resv_huge_pages被调整，那么与映射相关的预留映射被修改以 +反映预留。在共享映射的情况下，将存在一个file_region，包括'from'-'to'范围。对于私有映射， +不对预留映射进行修改，因为没有条目表示存在预留。 + +如果hugetlb_reserve_pages()成功，全局预留数和与映射相关的预留映射将根据需要被修改，以确保 +在'from'-'to'范围内存在预留。 + +消耗预留/分配一个巨页 +=========================== + +当与预留相关的巨页在相应的映射中被分配和实例化时，预留就被消耗了。该分配是在函数alloc_huge_page() +中进行的:: + + struct page *alloc_huge_page(struct vm_area_struct *vma, + unsigned long addr, int avoid_reserve) + +alloc_huge_page被传递给一个VMA指针和一个虚拟地址，因此它可以查阅预留映射以确定是否存在预留。 +此外，alloc_huge_page需要一个参数avoid_reserve，该参数表示即使看起来已经为指定的地址预留了 +预留，也不应该使用预留。avoid_reserve参数最常被用于写时拷贝和页面迁移的情况下，即现有页面的额 +外拷贝被分配。 + + +调用辅助函数vma_needs_reservation()来确定是否存在对映射(vma)中地址的预留。关于这个函数的详 +细内容，请参见 :ref:`预留映射帮助函数 <resv_map_helpers>` 一节。从 +vma_needs_reservation()返回的值通常为0或1。如果该地址存在预留，则为0，如果不存在预留，则为1。 +如果不存在预留，并且有一个与映射相关联的子池，则查询子池以确定它是否包含预留。如果子池包含预留， +则可将其中一个用于该分配。然而，在任何情况下，avoid_reserve参数都会优先考虑为分配使用预留。在 +确定预留是否存在并可用于分配后，调用dequeue_huge_page_vma()函数。这个函数需要两个与预留有关 +的参数： + +- avoid_reserve，这是传递给alloc_huge_page()的同一个值/参数。 +- chg，尽管这个参数的类型是long，但只有0或1的值被传递给dequeue_huge_page_vma。如果该值为0， + 则表明存在预留（关于可能的问题，请参见 “预留和内存策略” 一节）。如果值 + 为1，则表示不存在预留，如果可能的话，必须从全局空闲池中取出该页。 + +与VMA的内存策略相关的空闲列表被搜索到一个空闲页。如果找到了一个页面，当该页面从空闲列表中移除时， +free_huge_pages的值被递减。如果有一个与该页相关的预留，将进行以下调整:: + + SetPagePrivate(page); /* 表示分配这个页面消耗了一个预留， + * 如果遇到错误，以至于必须释放这个页面，预留将被 + * 恢复。 */ + resv_huge_pages--; /* 减少全局预留计数 */ + +注意，如果找不到满足VMA内存策略的巨页，将尝试使用伙伴分配器分配一个。这就带来了超出预留范围 +的剩余巨页和超额分配的问题。即使分配了一个多余的页面，也会进行与上面一样的基于预留的调整: +SetPagePrivate(page) 和 resv_huge_pages--. + +在获得一个新的巨页后，(page)->private被设置为与该页面相关的子池的值，如果它存在的话。当页 +面被释放时，这将被用于子池的计数。 + +然后调用函数vma_commit_reservation()，根据预留的消耗情况调整预留映射。一般来说，这涉及 +到确保页面在区域映射的file_region结构体中被表示。对于预留存在的共享映射，预留映射中的条目 +已经存在，所以不做任何改变。然而，如果共享映射中没有预留，或者这是一个私有映射，则必须创建一 +个新的条目。 + +注意，如果找不到满足VMA内存策略的巨页，将尝试使用伙伴分配器分配一个。这就带来了超出预留范围 +的剩余巨页和过度分配的问题。即使分配了一个多余的页面，也会进行与上面一样的基于预留的调整。 +SetPagePrivate(page)和resv_huge_pages-。 + +在获得一个新的巨页后，(page)->private被设置为与该页面相关的子池的值，如果它存在的话。当页 +面被释放时，这将被用于子池的计数。 + +然后调用函数vma_commit_reservation()，根据预留的消耗情况调整预留映射。一般来说，这涉及 +到确保页面在区域映射的file_region结构体中被表示。对于预留存在的共享映射，预留映射中的条目 +已经存在，所以不做任何改变。然而，如果共享映射中没有预留，或者这是一个私有映射，则必须创建 +一个新的条目。 + +在alloc_huge_page()开始调用vma_needs_reservation()和页面分配后调用 +vma_commit_reservation()之间，预留映射有可能被改变。如果hugetlb_reserve_pages在共 +享映射中为同一页面被调用，这将是可能的。在这种情况下，预留计数和子池空闲页计数会有一个偏差。 +这种罕见的情况可以通过比较vma_needs_reservation和vma_commit_reservation的返回值来 +识别。如果检测到这种竞争，子池和全局预留计数将被调整以进行补偿。关于这些函数的更多信息，请 +参见 :ref:`预留映射帮助函数 <resv_map_helpers>` 一节。 + + +实例化巨页 +========== + +在巨页分配之后，页面通常被添加到分配任务的页表中。在此之前，共享映射中的页面被添加到页面缓 +存中，私有映射中的页面被添加到匿名反向映射中。在这两种情况下，PagePrivate标志被清除。因此， +当一个已经实例化的巨页被释放时，不会对全局预留计数（resv_huge_pages）进行调整。 + + +释放巨页 +======== + +巨页释放是由函数free_huge_page()执行的。这个函数是hugetlbfs复合页的析构器。因此，它只传 +递一个指向页面结构体的指针。当一个巨页被释放时，可能需要进行预留计算。如果该页与包含保 +留的子池相关联，或者该页在错误路径上被释放，必须恢复全局预留计数，就会出现这种情况。 + +page->private字段指向与该页相关的任何子池。如果PagePrivate标志被设置，它表明全局预留计数 +应该被调整（关于如何设置这些标志的信息，请参见 +:ref: `消耗预留/分配一个巨页 <consume_resv>` ）。 + + +该函数首先调用hugepage_subpool_put_pages()来处理该页。如果这个函数返回一个0的值（不等于 +传递的1的值），它表明预留与子池相关联，这个新释放的页面必须被用来保持子池预留的数量超过最小值。 +因此，在这种情况下，全局resv_huge_pages计数器被递增。 + +如果页面中设置了PagePrivate标志，那么全局resv_huge_pages计数器将永远被递增。 + +子池预留 +======== + +有一个结构体hstate与每个巨页尺寸相关联。hstate跟踪所有指定大小的巨页。一个子池代表一 +个hstate中的页面子集，它与一个已挂载的hugetlbfs文件系统相关 + +当一个hugetlbfs文件系统被挂载时，可以指定min_size选项，它表示文件系统所需的最小的巨页数量。 +如果指定了这个选项，与min_size相对应的巨页的数量将被预留给文件系统使用。这个数字在结构体 +hugepage_subpool的min_hpages字段中被跟踪。在挂载时，hugetlb_acct_memory(min_hpages) +被调用以预留指定数量的巨页。如果它们不能被预留，挂载就会失败。 + +当从子池中获取或释放页面时，会调用hugepage_subpool_get/put_pages()函数。 +hugepage_subpool_get/put_pages被传递给巨页数量，以此来调整子池的 “已用页面” 计数 +（get为下降，put为上升）。通常情况下，如果子池中没有足够的页面，它们会返回与传递的相同的值或 +一个错误。 + +然而，如果预留与子池相关联，可能会返回一个小于传递值的返回值。这个返回值表示必须进行的额外全局 +池调整的数量。例如，假设一个子池包含3个预留的巨页，有人要求5个。与子池相关的3个预留页可以用来 +满足部分请求。但是，必须从全局池中获得2个页面。为了向调用者转达这一信息，将返回值2。然后，调用 +者要负责从全局池中获取另外两个页面。 + + +COW和预留 +========== + +由于共享映射都指向并使用相同的底层页面，COW最大的预留问题是私有映射。在这种情况下，两个任务可 +以指向同一个先前分配的页面。一个任务试图写到该页，所以必须分配一个新的页，以便每个任务都指向它 +自己的页。 + +当该页最初被分配时，该页的预留被消耗了。当由于COW而试图分配一个新的页面时，有可能没有空闲的巨 +页，分配会失败。 + +当最初创建私有映射时，通过设置所有者的预留映射指针中的HPAGE_RESV_OWNER位来标记映射的所有者。 +由于所有者创建了映射，所有者拥有与映射相关的所有预留。因此，当一个写异常发生并且没有可用的页面 +时，对预留的所有者和非所有者采取不同的行动。 + +在发生异常的任务不是所有者的情况下，异常将失败，该任务通常会收到一个SIGBUS。 + +如果所有者是发生异常的任务，我们希望它能够成功，因为它拥有原始的预留。为了达到这个目的，该页被 +从非所有者任务中解映射出来。这样一来，唯一的引用就是来自拥有者的任务。此外，HPAGE_RESV_UNMAPPED +位被设置在非拥有任务的预留映射指针中。如果非拥有者任务后来在一个不存在的页面上发生异常，它可能 +会收到一个SIGBUS。但是，映射/预留的原始拥有者的行为将与预期一致。 + +预留映射的修改 +============== + +以下低级函数用于对预留映射进行修改。通常情况下，这些函数不会被直接调用。而是调用一个预留映射辅 +助函数，该函数调用这些低级函数中的一个。这些低级函数在源代码（mm/hugetlb.c）中得到了相当好的 +记录。这些函数是:: + + long region_chg(struct resv_map *resv, long f, long t); + long region_add(struct resv_map *resv, long f, long t); + void region_abort(struct resv_map *resv, long f, long t); + long region_count(struct resv_map *resv, long f, long t); + +在预留映射上的操作通常涉及两个操作: + +1) region_chg()被调用来检查预留映射，并确定在指定的范围[f, t]内有多少页目前没有被代表。 + + 调用代码执行全局检查和分配，以确定是否有足够的巨页使操作成功。 + +2) + a) 如果操作能够成功，regi_add()将被调用，以实际修改先前传递给regi_chg()的相同范围 + [f, t]的预留映射。 + b) 如果操作不能成功，region_abort被调用，在相同的范围[f, t]内中止操作。 + +注意，这是一个两步的过程， region_add()和 region_abort()在事先调用 region_chg()后保证 +成功。 region_chg()负责预先分配任何必要的数据结构以确保后续操作（特别是 region_add()）的 +成功。 + +如上所述，region_chg()确定该范围内当前没有在映射中表示的页面的数量。region_add()返回添加 +到映射中的范围内的页数。在大多数情况下， region_add() 的返回值与 region_chg() 的返回值相 +同。然而，在共享映射的情况下，有可能在调用 region_chg() 和 region_add() 之间对预留映射进 +行更改。在这种情况下，regi_add()的返回值将与regi_chg()的返回值不符。在这种情况下，全局计数 +和子池计数很可能是不正确的，需要调整。检查这种情况并进行适当的调整是调用者的责任。 + +函数region_del()被调用以从预留映射中移除区域。 +它通常在以下情况下被调用: + +- 当hugetlbfs文件系统中的一个文件被删除时，该节点将被释放，预留映射也被释放。在释放预留映射 + 之前，所有单独的file_region结构体必须被释放。在这种情况下，region_del的范围是[0, LONG_MAX]。 +- 当一个hugetlbfs文件正在被截断时。在这种情况下，所有在新文件大小之后分配的页面必须被释放。 + 此外，预留映射中任何超过新文件大小的file_region条目必须被删除。在这种情况下，region_del + 的范围是[new_end_of_file, LONG_MAX]。 +- 当在一个hugetlbfs文件中打洞时。在这种情况下，巨页被一次次从文件的中间移除。当这些页被移除 + 时，region_del()被调用以从预留映射中移除相应的条目。在这种情况下，region_del被传递的范 + 围是[page_idx, page_idx + 1]。 + +在任何情况下，region_del()都会返回从预留映射中删除的页面数量。在非常罕见的情况下，region_del() +会失败。这只能发生在打洞的情况下，即它必须分割一个现有的file_region条目，而不能分配一个新的 +结构体。在这种错误情况下，region_del()将返回-ENOMEM。这里的问题是，预留映射将显示对该页有 +预留。然而，子池和全局预留计数将不反映该预留。为了处理这种情况，调用函数hugetlb_fix_reserve_counts() +来调整计数器，使其与不能被删除的预留映射条目相对应。 + +region_count()在解除私有巨页映射时被调用。在私有映射中，预留映射中没有条目表明存在一个预留。 +因此，通过计算预留映射中的条目数，我们知道有多少预留被消耗了，有多少预留是未完成的 +（Outstanding = (end - start) - region_count（resv, start, end））。由于映射正在消 +失，子池和全局预留计数被未完成的预留数量所减去。 + +预留映射帮助函数 +================ + +有几个辅助函数可以查询和修改预留映射。这些函数只对特定的巨页的预留感兴趣，所以它们只是传入一个 +地址而不是一个范围。此外，它们还传入相关的VMA。从VMA中，可以确定映射的类型（私有或共享）和预留 +映射的位置（inode或VMA）。这些函数只是调用 “预留映射的修改” 一节中描述的基础函数。然而， +它们确实考虑到了私有和共享映射的预留映射条目的 “相反” 含义，并向调用者隐藏了这个细节:: + + long vma_needs_reservation(struct hstate *h, + struct vm_area_struct *vma, + unsigned long addr) + +该函数为指定的页面调用 region_chg()。如果不存在预留，则返回1。如果存在预留，则返回0:: + + long vma_commit_reservation(struct hstate *h, + struct vm_area_struct *vma, + unsigned long addr) + +这将调用 region_add()，用于指定的页面。与region_chg和region_add的情况一样，该函数应在 +先前调用的vma_needs_reservation后调用。它将为该页添加一个预留条目。如果预留被添加，它将 +返回1，如果没有则返回0。返回值应与之前调用vma_needs_reservation的返回值进行比较。如果出 +现意外的差异，说明在两次调用之间修改了预留映射:: + + void vma_end_reservation(struct hstate *h, + struct vm_area_struct *vma, + unsigned long addr) + +这将调用指定页面的 region_abort()。与region_chg和region_abort的情况一样，该函数应在 +先前调用的vma_needs_reservation后被调用。它将中止/结束正在进行的预留添加操作:: + + long vma_add_reservation(struct hstate *h, + struct vm_area_struct *vma, + unsigned long addr) + +这是一个特殊的包装函数，有助于在错误路径上清理预留。它只从repare_reserve_on_error()函数 +中调用。该函数与vma_needs_reservation一起使用，试图将一个预留添加到预留映射中。它考虑到 +了私有和共享映射的不同预留映射语义。因此，region_add被调用用于共享映射（因为映射中的条目表 +示预留），而region_del被调用用于私有映射（因为映射中没有条目表示预留）。关于在错误路径上需 +要做什么的更多信息，请参见 “错误路径中的预留清理” 。 + + +错误路径中的预留清理 +==================== + +正如在:ref:`预留映射帮助函数<resv_map_helpers>` 一节中提到的，预留的修改分两步进行。首 +先，在分配页面之前调用vma_needs_reservation。如果分配成功，则调用vma_commit_reservation。 +如果不是，则调用vma_end_reservation。全局和子池的预留计数根据操作的成功或失败进行调整， +一切都很好。 + +此外，在一个巨页被实例化后，PagePrivate标志被清空，这样，当页面最终被释放时，计数是 +正确的。 + +然而，有几种情况是，在一个巨页被分配后，但在它被实例化之前，就遇到了错误。在这种情况下， +页面分配已经消耗了预留，并进行了适当的子池、预留映射和全局计数调整。如果页面在这个时候被释放 +（在实例化和清除PagePrivate之前），那么free_huge_page将增加全局预留计数。然而，预留映射 +显示报留被消耗了。这种不一致的状态将导致预留的巨页的 “泄漏” 。全局预留计数将比它原本的要高， +并阻止分配一个预先分配的页面。 + +函数 restore_reserve_on_error() 试图处理这种情况。它有相当完善的文档。这个函数的目的 +是将预留映射恢复到页面分配前的状态。通过这种方式，预留映射的状态将与页面释放后的全局预留计 +数相对应。 + +函数restore_reserve_on_error本身在试图恢复预留映射条目时可能会遇到错误。在这种情况下， +它将简单地清除该页的PagePrivate标志。这样一来，当页面被释放时，全局预留计数将不会被递增。 +然而，预留映射将继续看起来像预留被消耗了一样。一个页面仍然可以被分配到该地址，但它不会像最 +初设想的那样使用一个预留页。 + +有一些代码（最明显的是userfaultfd）不能调用restore_reserve_on_error。在这种情况下， +它简单地修改了PagePrivate，以便在释放巨页时不会泄露预留。 + + +预留和内存策略 +============== +当git第一次被用来管理Linux代码时，每个节点的巨页列表就存在于hstate结构中。预留的概念是 +在一段时间后加入的。当预留被添加时，没有尝试将内存策略考虑在内。虽然cpusets与内存策略不 +完全相同，但hugetlb_acct_memory中的这个注释总结了预留和cpusets/内存策略之间的相互作 +用:: + + + /* + * 当cpuset被配置时，它打破了严格的hugetlb页面预留，因为计数是在一个全局变量上完 + * 成的。在有cpuset的情况下，这样的预留完全是垃圾，因为预留没有根据当前cpuset的 + * 页面可用性来检查。在任务所在的cpuset中缺乏空闲的htlb页面时，应用程序仍然有可能 + * 被内核OOM'ed。试图用cpuset来执行严格的计数几乎是不可能的（或者说太难看了），因 + * 为cpuset太不稳定了，任务或内存节点可以在cpuset之间动态移动。与cpuset共享 + * hugetlb映射的语义变化是不可取的。然而，为了预留一些语义，我们退回到检查当前空闲 + * 页的可用性，作为一种最好的尝试，希望能将cpuset改变语义的影响降到最低。 + */ + +添加巨页预留是为了防止在缺页异常时出现意外的页面分配失败（OOM）。然而，如果一个应用 +程序使用cpusets或内存策略，就不能保证在所需的节点上有巨页可用。即使有足够数量的全局 +预留，也是如此。 + +Hugetlbfs回归测试 +================= + +最完整的hugetlb测试集在libhugetlbfs仓库。如果你修改了任何hugetlb相关的代码，请使用 +libhugetlbfs测试套件来检查回归情况。此外，如果你添加了任何新的hugetlb功能，请在 +libhugetlbfs中添加适当的测试。 + +-- +Mike Kravetz，2017年4月7日 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/hwpoison.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/hwpoison.rst new file mode 100644 index 000000000000..c6e1e7bdb05b --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/hwpoison.rst @@ -0,0 +1,166 @@ + +:Original: Documentation/vm/hwpoison.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +======== +hwpoison +======== + +什么是hwpoison? +=============== + + +即将推出的英特尔CPU支持从一些内存错误中恢复（ ``MCA恢复`` ）。这需要操作系统宣布 +一个页面"poisoned"，杀死与之相关的进程，并避免在未来使用它。 + +这个补丁包在虚拟机中实现了必要的(编程)框架。 + +引用概述中的评论:: + + 高级机器的检查与处理。处理方法是损坏的页面被硬件报告，通常是由于2位ECC内 + 存或高速缓存故障。 + + 这主要是针对在后台检测到的损坏的页面。当当前的CPU试图访问它时，当前运行的进程 + 可以直接被杀死。因为还没有访问损坏的页面, 如果错误由于某种原因不能被处理，就可 + 以安全地忽略它. 而不是用另外一个机器检查去处理它。 + + 处理不同状态的页面缓存页。这里棘手的部分是，相对于其他虚拟内存用户， 我们可以异 + 步访问任何页面。因为内存故障可能随时随地发生，可能违反了他们的一些假设。这就是 + 为什么这段代码必须非常小心。一般来说，它试图使用正常的锁规则，如获得标准锁，即使 + 这意味着错误处理可能需要很长的时间。 + + 这里的一些操作有点低效，并且具有非线性的算法复杂性，因为数据结构没有针对这种情 + 况进行优化。特别是从vma到进程的映射就是这种情况。由于这种情况大概率是罕见的，所 + 以我们希望我们可以摆脱这种情况。 + +该代码由mm/memory-failure.c中的高级处理程序、一个新的页面poison位和虚拟机中的 +各种检查组成，用来处理poison的页面。 + +现在主要目标是KVM客户机，但它适用于所有类型的应用程序。支持KVM需要最近的qemu-kvm +版本。 + +对于KVM的使用，需要一个新的信号类型，这样KVM就可以用适当的地址将机器检查注入到客户 +机中。这在理论上也允许其他应用程序处理内存故障。我们的期望是，所有的应用程序都不要这 +样做，但一些非常专业的应用程序可能会这样做。 + +故障恢复模式 +============ + +有两种（实际上是三种）模式的内存故障恢复可以在。 + +vm.memory_failure_recovery sysctl 置零: + 所有的内存故障都会导致panic。请不要尝试恢复。 + +早期处理 + (可以在全局和每个进程中控制) 一旦检测到错误，立即向应用程序发送SIGBUS这允许 + 应用程序以温和的方式处理内存错误（例如，放弃受影响的对象） 这是KVM qemu使用的 + 模式。 + +推迟处理 + 当应用程序运行到损坏的页面时，发送SIGBUS。这对不知道内存错误的应用程序来说是 + 最好的，默认情况下注意一些页面总是被当作late kill处理。 + +用户控制 +======== + +vm.memory_failure_recovery + 参阅 sysctl.txt + +vm.memory_failure_early_kill + 全局启用early kill + +PR_MCE_KILL + 设置early/late kill mode/revert 到系统默认值。 + + arg1: PR_MCE_KILL_CLEAR: + 恢复到系统默认值 + arg1: PR_MCE_KILL_SET: + arg2定义了线程特定模式 + + PR_MCE_KILL_EARLY: + Early kill + PR_MCE_KILL_LATE: + Late kill + PR_MCE_KILL_DEFAULT + 使用系统全局默认值 + + 注意，如果你想有一个专门的线程代表进程处理SIGBUS(BUS_MCEERR_AO)，你应该在 + 指定线程上调用prctl(PR_MCE_KILL_EARLY)。否则，SIGBUS将被发送到主线程。 + +PR_MCE_KILL_GET + 返回当前模式 + +测试 +==== + +* madvise(MADV_HWPOISON, ....) (as root) - 在测试过程中Poison一个页面 + +* 通过debugfs ``/sys/kernel/debug/hwpoison/`` hwpoison-inject模块 + + corrupt-pfn + 在PFN处注入hwpoison故障，并echoed到这个文件。这做了一些早期过滤，以避 + 免在测试套件中损坏非预期页面。 + unpoison-pfn + 在PFN的Software-unpoison页面对应到这个文件。这样，一个页面可以再次被 + 复用。这只对Linux注入的故障起作用，对真正的内存故障不起作用。 + + 注意这些注入接口并不稳定，可能会在不同的内核版本中发生变化 + + corrupt-filter-dev-major, corrupt-filter-dev-minor + 只处理与块设备major/minor定义的文件系统相关的页面的内存故障。-1U是通 + 配符值。这应该只用于人工注入的测试。 + + corrupt-filter-memcg + 限制注入到memgroup拥有的页面。由memcg的inode号指定。 + + Example:: + + mkdir /sys/fs/cgroup/mem/hwpoison + + usemem -m 100 -s 1000 & + echo `jobs -p` > /sys/fs/cgroup/mem/hwpoison/tasks + + memcg_ino=$(ls -id /sys/fs/cgroup/mem/hwpoison | cut -f1 -d' ') + echo $memcg_ino > /debug/hwpoison/corrupt-filter-memcg + + page-types -p `pidof init` --hwpoison # shall do nothing + page-types -p `pidof usemem` --hwpoison # poison its pages + + corrupt-filter-flags-mask, corrupt-filter-flags-value + 当指定时，只有在((page_flags & mask) == value)的情况下才会poison页面。 + 这允许对许多种类的页面进行压力测试。page_flags与/proc/kpageflags中的相 + 同。这些标志位在include/linux/kernel-page-flags.h中定义，并在 + Documentation/admin-guide/mm/pagemap.rst中记录。 + +* 架构特定的MCE注入器 + + x86 有 mce-inject, mce-test + + 在mce-test中的一些便携式hwpoison测试程序，见下文。 + +引用 +==== + +http://halobates.de/mce-lc09-2.pdf + 09年LinuxCon的概述演讲 + +git://git.kernel.org/pub/scm/utils/cpu/mce/mce-test.git + 测试套件（在tsrc中的hwpoison特定可移植测试）。 + +git://git.kernel.org/pub/scm/utils/cpu/mce/mce-inject.git + x86特定的注入器 + + +限制 +==== +- 不是所有的页面类型都被支持，而且永远不会。大多数内核内部对象不能被恢 + 复，目前只有LRU页。 + +--- +Andi Kleen, 2009年10月 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/index.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/index.rst index a1d2f0356cc1..a1c6d529b6ff 100644 --- a/Documentation/translations/zh_CN/vm/index.rst +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/index.rst @@ -27,27 +27,28 @@ TODO:待引用文档集被翻译完毕后请及时修改此处） free_page_reporting highmem ksm + frontswap + hmm + hwpoison + hugetlbfs_reserv + memory-model + mmu_notifier + numa + overcommit-accounting + page_frags + page_owner + page_table_check + remap_file_pages + split_page_table_lock + z3fold + zsmalloc TODOLIST: * arch_pgtable_helpers * free_page_reporting -* frontswap -* hmm -* hwpoison * hugetlbfs_reserv -* memory-model -* mmu_notifier -* numa -* overcommit-accounting * page_migration -* page_frags -* page_owner -* page_table_check -* remap_file_pages * slub -* split_page_table_lock * transhuge * unevictable-lru * vmalloced-kernel-stacks -* z3fold -* zsmalloc diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/memory-model.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/memory-model.rst new file mode 100644 index 000000000000..013e30c88d72 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/memory-model.rst @@ -0,0 +1,135 @@ +.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 + +:Original: Documentation/vm/memory-model.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +============ +物理内存模型 +============ + +系统中的物理内存可以用不同的方式进行寻址。最简单的情况是，物理内存从地址0开 +始，跨越一个连续的范围，直到最大的地址。然而，这个范围可能包含CPU无法访问的 +小孔隙。那么，在完全不同的地址可能有几个连续的范围。而且，别忘了NUMA，即不 +同的内存库连接到不同的CPU。 + +Linux使用两种内存模型中的一种对这种多样性进行抽象。FLATMEM和SPARSEM。每 +个架构都定义了它所支持的内存模型，默认的内存模型是什么，以及是否有可能手动 +覆盖该默认值。 + +所有的内存模型都使用排列在一个或多个数组中的 `struct page` 来跟踪物理页 +帧的状态。 + +无论选择哪种内存模型，物理页框号（PFN）和相应的 `struct page` 之间都存 +在一对一的映射关系。 + +每个内存模型都定义了 :c:func:`pfn_to_page` 和 :c:func:`page_to_pfn` +帮助函数，允许从PFN到 `struct page` 的转换，反之亦然。 + +FLATMEM +======= + +最简单的内存模型是FLATMEM。这个模型适用于非NUMA系统的连续或大部分连续的 +物理内存。 + +在FLATMEM内存模型中，有一个全局的 `mem_map` 数组来映射整个物理内存。对 +于大多数架构，孔隙在 `mem_map` 数组中都有条目。与孔洞相对应的 `struct page` +对象从未被完全初始化。 + +为了分配 `mem_map` 数组，架构特定的设置代码应该调用free_area_init()函数。 +然而，在调用memblock_free_all()函数之前，映射数组是不能使用的，该函数 +将所有的内存交给页分配器。 + +一个架构可能会释放 `mem_map` 数组中不包括实际物理页的部分。在这种情况下，特 +定架构的 :c:func:`pfn_valid` 实现应该考虑到 `mem_map` 中的孔隙。 + +使用FLATMEM，PFN和 `struct page` 之间的转换是直接的。 `PFN - ARCH_PFN_OFFSET` +是 `mem_map` 数组的一个索引。 + +`ARCH_PFN_OFFSET` 定义了物理内存起始地址不同于0的系统的第一个页框号。 + +SPARSEMEM +========= + +SPARSEMEM是Linux中最通用的内存模型，它是唯一支持若干高级功能的内存模型， +如物理内存的热插拔、非易失性内存设备的替代内存图和较大系统的内存图的延迟 +初始化。 + +SPARSEMEM模型将物理内存显示为一个部分的集合。一个区段用mem_section结构 +体表示，它包含 `section_mem_map` ，从逻辑上讲，它是一个指向 `struct page` +阵列的指针。然而，它被存储在一些其他的magic中，以帮助分区管理。区段的大小 +和最大区段数是使用 `SECTION_SIZE_BITS` 和 `MAX_PHYSMEM_BITS` 常量 +来指定的，这两个常量是由每个支持SPARSEMEM的架构定义的。 `MAX_PHYSMEM_BITS` +是一个架构所支持的物理地址的实际宽度，而 `SECTION_SIZE_BITS` 是一个任 +意的值。 + +最大的段数表示为 `NR_MEM_SECTIONS` ，定义为 + +.. math:: + + NR\_MEM\_SECTIONS = 2 ^ {(MAX\_PHYSMEM\_BITS - SECTION\_SIZE\_BITS)} + +`mem_section` 对象被安排在一个叫做 `mem_sections` 的二维数组中。这个数组的 +大小和位置取决于 `CONFIG_SPARSEM_EXTREME` 和可能的最大段数: + +* 当 `CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME` 被禁用时， `mem_sections` 数组是静态的，有 + `NR_MEM_SECTIONS` 行。每一行持有一个 `mem_section` 对象。 +* 当 `CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME` 被启用时， `mem_sections` 数组被动态分配。 + 每一行包含价值 `PAGE_SIZE` 的 `mem_section` 对象，行数的计算是为了适应所有的 + 内存区。 + +架构设置代码应该调用sparse_init()来初始化内存区和内存映射。 + +通过SPARSEMEM，有两种可能的方式将PFN转换为相应的 `struct page` --"classic sparse"和 + "sparse vmemmap"。选择是在构建时进行的，它由 `CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP` 的 + 值决定。 + +Classic sparse在page->flags中编码了一个页面的段号，并使用PFN的高位来访问映射该页 +框的段。在一个区段内，PFN是指向页数组的索引。 + +Sparse vmemmapvmemmap使用虚拟映射的内存映射来优化pfn_to_page和page_to_pfn操 +作。有一个全局的 `struct page *vmemmap` 指针，指向一个虚拟连续的 `struct page` +对象阵列。PFN是该数组的一个索引，`struct page` 从 `vmemmap` 的偏移量是该页的PFN。 + +为了使用vmemmap，一个架构必须保留一个虚拟地址的范围，以映射包含内存映射的物理页，并 +确保 `vmemmap`指向该范围。此外，架构应该实现 :c:func:`vmemmap_populate` 方法， +它将分配物理内存并为虚拟内存映射创建页表。如果一个架构对vmemmap映射没有任何特殊要求， +它可以使用通用内存管理提供的默认 :c:func:`vmemmap_populate_basepages`。 + +虚拟映射的内存映射允许将持久性内存设备的 `struct page` 对象存储在这些设备上预先分 +配的存储中。这种存储用vmem_altmap结构表示，最终通过一长串的函数调用传递给 +vmemmap_populate()。vmemmap_populate()实现可以使用 `vmem_altmap` 和 +:c:func:`vmemmap_alloc_block_buf` 助手来分配持久性内存设备上的内存映射。 + +ZONE_DEVICE +=========== +`ZONE_DEVICE` 设施建立在 `SPARSEM_VMEMMAP` 之上，为设备驱动识别的物理地址范 +围提供 `struct page` `mem_map` 服务。 `ZONE_DEVICE` 的 "设备" 方面与以下 +事实有关：这些地址范围的页面对象从未被在线标记过，而且必须对设备进行引用，而不仅仅 +是页面，以保持内存被“锁定”以便使用。 `ZONE_DEVICE` ，通过 :c:func:`devm_memremap_pages` ， +为给定的pfns范围执行足够的内存热插拔来开启 :c:func:`pfn_to_page`， +:c:func:`page_to_pfn`, ，和 :c:func:`get_user_pages` 服务。由于页面引 +用计数永远不会低于1，所以页面永远不会被追踪为空闲内存，页面的 `struct list_head lru` +空间被重新利用，用于向映射该内存的主机设备/驱动程序进行反向引用。 + +虽然 `SPARSEMEM` 将内存作为一个区段的集合，可以选择收集并合成内存块，但 +`ZONE_DEVICE` 用户需要更小的颗粒度来填充 `mem_map` 。鉴于 `ZONE_DEVICE` +内存从未被在线标记，因此它的内存范围从未通过sysfs内存热插拔api暴露在内存块边界 +上。这个实现依赖于这种缺乏用户接口的约束，允许子段大小的内存范围被指定给 +:c:func:`arch_add_memory` ，即内存热插拔的上半部分。子段支持允许2MB作为 +:c:func:`devm_memremap_pages` 的跨架构通用对齐颗粒度。 + +`ZONE_DEVICE` 的用户是: + +* pmem: 通过DAX映射将平台持久性内存作为直接I/O目标使用。 + +* hmm: 用 `->page_fault()` 和 `->page_free()` 事件回调扩展 `ZONE_DEVICE` ， + 以允许设备驱动程序协调与设备内存相关的内存管理事件，通常是GPU内存。参见/vm/hmm.rst。 + +* p2pdma: 创建 `struct page` 对象，允许PCI/E拓扑结构中的peer设备协调它们之间的 + 直接DMA操作，即绕过主机内存。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/mmu_notifier.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/mmu_notifier.rst new file mode 100644 index 000000000000..b29a37b33628 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/mmu_notifier.rst @@ -0,0 +1,97 @@ +:Original: Documentation/vm/mmu_notifier.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + + +什么时候需要页表锁内通知？ +========================== + +当清除一个pte/pmd时，我们可以选择通过在页表锁下（通知版的\*_clear_flush调用 +mmu_notifier_invalidate_range）通知事件。但这种通知并不是在所有情况下都需要的。 + +对于二级TLB（非CPU TLB），如IOMMU TLB或设备TLB（当设备使用类似ATS/PASID的东西让 +IOMMU走CPU页表来访问进程的虚拟地址空间）。只有两种情况需要在清除pte/pmd时在持有页 +表锁的同时通知这些二级TLB： + + A) 在mmu_notifier_invalidate_range_end()之前，支持页的地址被释放。 + B) 一个页表项被更新以指向一个新的页面（COW，零页上的写异常，__replace_page()，...）。 + +情况A很明显，你不想冒风险让设备写到一个现在可能被一些完全不同的任务使用的页面。 + +情况B更加微妙。为了正确起见，它需要按照以下序列发生: + + - 上页表锁 + - 清除页表项并通知 ([pmd/pte]p_huge_clear_flush_notify()) + - 设置页表项以指向新页 + +如果在设置新的pte/pmd值之前，清除页表项之后没有进行通知，那么你就会破坏设备的C11或 +C++11等内存模型。 + +考虑以下情况（设备使用类似于ATS/PASID的功能）。 + +两个地址addrA和addrB，这样|addrA - addrB| >= PAGE_SIZE，我们假设它们是COW的 +写保护（B的其他情况也适用）。 + +:: + + [Time N] -------------------------------------------------------------------- + CPU-thread-0 {尝试写到addrA} + CPU-thread-1 {尝试写到addrB} + CPU-thread-2 {} + CPU-thread-3 {} + DEV-thread-0 {读取addrA并填充设备TLB} + DEV-thread-2 {读取addrB并填充设备TLB} + [Time N+1] ------------------------------------------------------------------ + CPU-thread-0 {COW_step0: {mmu_notifier_invalidate_range_start(addrA)}} + CPU-thread-1 {COW_step0: {mmu_notifier_invalidate_range_start(addrB)}} + CPU-thread-2 {} + CPU-thread-3 {} + DEV-thread-0 {} + DEV-thread-2 {} + [Time N+2] ------------------------------------------------------------------ + CPU-thread-0 {COW_step1: {更新页表以指向addrA的新页}} + CPU-thread-1 {COW_step1: {更新页表以指向addrB的新页}} + CPU-thread-2 {} + CPU-thread-3 {} + DEV-thread-0 {} + DEV-thread-2 {} + [Time N+3] ------------------------------------------------------------------ + CPU-thread-0 {preempted} + CPU-thread-1 {preempted} + CPU-thread-2 {写入addrA，这是对新页面的写入} + CPU-thread-3 {} + DEV-thread-0 {} + DEV-thread-2 {} + [Time N+3] ------------------------------------------------------------------ + CPU-thread-0 {preempted} + CPU-thread-1 {preempted} + CPU-thread-2 {} + CPU-thread-3 {写入addrB，这是一个写入新页的过程} + DEV-thread-0 {} + DEV-thread-2 {} + [Time N+4] ------------------------------------------------------------------ + CPU-thread-0 {preempted} + CPU-thread-1 {COW_step3: {mmu_notifier_invalidate_range_end(addrB)}} + CPU-thread-2 {} + CPU-thread-3 {} + DEV-thread-0 {} + DEV-thread-2 {} + [Time N+5] ------------------------------------------------------------------ + CPU-thread-0 {preempted} + CPU-thread-1 {} + CPU-thread-2 {} + CPU-thread-3 {} + DEV-thread-0 {从旧页中读取addrA} + DEV-thread-2 {从新页面读取addrB} + +所以在这里，因为在N+2的时候，清空页表项没有和通知一起作废二级TLB，设备在看到addrA的新值之前 +就看到了addrB的新值。这就破坏了设备的总内存序。 + +当改变一个pte的写保护或指向一个新的具有相同内容的写保护页（KSM）时，将mmu_notifier_invalidate_range +调用延迟到页表锁外的mmu_notifier_invalidate_range_end()是可以的。即使做页表更新的线程 +在释放页表锁后但在调用mmu_notifier_invalidate_range_end()前被抢占，也是如此。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/numa.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/numa.rst new file mode 100644 index 000000000000..6af412b924ad --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/numa.rst @@ -0,0 +1,101 @@ +:Original: Documentation/vm/numa.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +始于1999年11月，作者： <kanoj@sgi.com> + +========================== +何为非统一内存访问(NUMA)？ +========================== + +这个问题可以从几个视角来回答：硬件观点和Linux软件视角。 + +从硬件角度看，NUMA系统是一个由多个组件或装配组成的计算机平台，每个组件可能包含0个或更多的CPU、 +本地内存和/或IO总线。为了简洁起见，并将这些物理组件/装配的硬件视角与软件抽象区分开来，我们在 +本文中称这些组件/装配为“单元”。 + +每个“单元”都可以看作是系统的一个SMP[对称多处理器]子集——尽管独立的SMP系统所需的一些组件可能 +不会在任何给定的单元上填充。NUMA系统的单元通过某种系统互连连接在一起——例如，交叉开关或点对点 +链接是NUMA系统互连的常见类型。这两种类型的互连都可以聚合起来，以创建NUMA平台，其中的单元与其 +他单元有多个距离。 + +对于Linux，感兴趣的NUMA平台主要是所谓的缓存相干NUMA--简称ccNUMA系统系统。在ccNUMA系统中， +所有的内存都是可见的，并且可以从连接到任何单元的任何CPU中访问，缓存一致性是由处理器缓存和/或 +系统互连在硬件中处理。 + +内存访问时间和有效的内存带宽取决于包含CPU的单元或进行内存访问的IO总线距离包含目标内存的单元 +有多远。例如，连接到同一单元的CPU对内存的访问将比访问其他远程单元的内存经历更快的访问时间和 +更高的带宽。 NUMA平台可以在任何给定单元上访问多种远程距离的（其他）单元。 + +平台供应商建立NUMA系统并不只是为了让软件开发人员的生活变得有趣。相反，这种架构是提供可扩展 +内存带宽的一种手段。然而，为了实现可扩展的内存带宽，系统和应用软件必须安排大部分的内存引用 +[cache misses]到“本地”内存——同一单元的内存，如果有的话——或者到最近的有内存的单元。 + +这就自然而然有了Linux软件对NUMA系统的视角: + +Linux将系统的硬件资源划分为多个软件抽象，称为“节点”。Linux将节点映射到硬件平台的物理单元 +上，对一些架构的细节进行了抽象。与物理单元一样，软件节点可能包含0或更多的CPU、内存和/或IO +总线。同样，对“较近”节点的内存访问——映射到较近单元的节点——通常会比对较远单元的访问经历更快 +的访问时间和更高的有效带宽。 + +对于一些架构，如x86，Linux将“隐藏”任何代表没有内存连接的物理单元的节点，并将连接到该单元 +的任何CPU重新分配到代表有内存的单元的节点上。因此，在这些架构上，我们不能假设Linux将所有 +的CPU与一个给定的节点相关联，会看到相同的本地内存访问时间和带宽。 + +此外，对于某些架构，同样以x86为例，Linux支持对额外节点的仿真。对于NUMA仿真，Linux会将现 +有的节点或者非NUMA平台的系统内存分割成多个节点。每个模拟的节点将管理底层单元物理内存的一部 +分。NUMA仿真对于在非NUMA平台上测试NUMA内核和应用功能是非常有用的，当与cpusets一起使用时， +可以作为一种内存资源管理机制。[见 Documentation/admin-guide/cgroup-v1/cpusets.rst] + +对于每个有内存的节点，Linux构建了一个独立的内存管理子系统，有自己的空闲页列表、使用中页列表、 +使用统计和锁来调解访问。此外，Linux为每个内存区[DMA、DMA32、NORMAL、HIGH_MEMORY、MOVABLE +中的一个或多个]构建了一个有序的“区列表”。zonelist指定了当一个选定的区/节点不能满足分配请求 +时要访问的区/节点。当一个区没有可用的内存来满足请求时，这种情况被称为“overflow 溢出”或 +“fallback 回退”。 + +由于一些节点包含多个包含不同类型内存的区，Linux必须决定是否对区列表进行排序，使分配回退到不同 +节点上的相同区类型，或同一节点上的不同区类型。这是一个重要的考虑因素，因为有些区，如DMA或DMA32， +代表了相对稀缺的资源。Linux选择了一个默认的Node ordered zonelist。这意味着在使用按NUMA距 +离排序的远程节点之前，它会尝试回退到同一节点的其他分区。 + +默认情况下，Linux会尝试从执行请求的CPU被分配到的节点中满足内存分配请求。具体来说，Linux将试 +图从请求来源的节点的适当分区列表中的第一个节点进行分配。这被称为“本地分配”。如果“本地”节点不能 +满足请求，内核将检查所选分区列表中其他节点的区域，寻找列表中第一个能满足请求的区域。 + +本地分配将倾向于保持对分配的内存的后续访问 “本地”的底层物理资源和系统互连——只要内核代表其分配 +一些内存的任务后来不从该内存迁移。Linux调度器知道平台的NUMA拓扑结构——体现在“调度域”数据结构 +中[见 Documentation/scheduler/sched-domains.rst]——并且调度器试图尽量减少任务迁移到遥 +远的调度域中。然而，调度器并没有直接考虑到任务的NUMA足迹。因此，在充分不平衡的情况下，任务可 +以在节点之间迁移，远离其初始节点和内核数据结构。 + +系统管理员和应用程序设计者可以使用各种CPU亲和命令行接口，如taskset(1)和numactl(1)，以及程 +序接口，如sched_setaffinity(2)，来限制任务的迁移，以改善NUMA定位。此外，人们可以使用 +Linux NUMA内存策略修改内核的默认本地分配行为。 [见 +:ref:`Documentation/admin-guide/mm/numa_memory_policy.rst <numa_memory_policy>`]. + +系统管理员可以使用控制组和CPUsets限制非特权用户在调度或NUMA命令和功能中可以指定的CPU和节点 +的内存。 [见 Documentation/admin-guide/cgroup-v1/cpusets.rst] + +在不隐藏无内存节点的架构上，Linux会在分区列表中只包括有内存的区域[节点]。这意味着对于一个无 +内存的节点，“本地内存节点”——CPU节点的分区列表中的第一个区域的节点——将不是节点本身。相反，它 +将是内核在建立分区列表时选择的离它最近的有内存的节点。所以，默认情况下，本地分配将由内核提供 +最近的可用内存来完成。这是同一机制的结果，该机制允许这种分配在一个包含内存的节点溢出时回退到 +其他附近的节点。 + +一些内核分配不希望或不能容忍这种分配回退行为。相反，他们想确保他们从指定的节点获得内存，或者 +得到通知说该节点没有空闲内存。例如，当一个子系统分配每个CPU的内存资源时，通常是这种情况。 + +一个典型的分配模式是使用内核的numa_node_id()或CPU_to_node()函数获得“当前CPU”所在节点的 +节点ID，然后只从返回的节点ID请求内存。当这样的分配失败时，请求的子系统可以恢复到它自己的回退 +路径。板块内核内存分配器就是这样的一个例子。或者，子系统可以选择在分配失败时禁用或不启用自己。 +内核分析子系统就是这样的一个例子。 + +如果架构支持——不隐藏无内存节点，那么连接到无内存节点的CPU将总是产生回退路径的开销，或者一些 +子系统如果试图完全从无内存的节点分配内存，将无法初始化。为了透明地支持这种架构，内核子系统可 +以使用numa_mem_id()或cpu_to_mem()函数来定位调用或指定CPU的“本地内存节点”。同样，这是同 +一个节点，默认的本地页分配将从这个节点开始尝试。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/overcommit-accounting.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/overcommit-accounting.rst new file mode 100644 index 000000000000..8765cb118f24 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/overcommit-accounting.rst @@ -0,0 +1,86 @@ +:Original: Documentation/vm/overcommit-accounting.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + + +============== +超量使用审计 +============== + +Linux内核支持下列超量使用处理模式 + +0 + 启发式超量使用处理。拒绝明显的地址空间超量使用。用于一个典型的系统。 + 它确保严重的疯狂分配失败，同时允许超量使用以减少swap的使用。在这种模式下， + 允许root分配稍多的内存。这是默认的。 +1 + 总是超量使用。适用于一些科学应用。经典的例子是使用稀疏数组的代码，只是依赖 + 几乎完全由零页组成的虚拟内存 + +2 + 不超量使用。系统提交的总地址空间不允许超过swap+一个可配置的物理RAM的数量 + （默认为50%）。根据你使用的数量，在大多数情况下，这意味着一个进程在访问页面时 + 不会被杀死，但会在内存分配上收到相应的错误。 + + 对于那些想保证他们的内存分配在未来可用而又不需要初始化每一个页面的应用程序来说 + 是很有用的。 + +超量使用策略是通过sysctl `vm.overcommit_memory` 设置的。 + +可以通过 `vm.overcommit_ratio` （百分比）或 `vm.overcommit_kbytes` （绝对值） +来设置超限数量。这些只有在 `vm.overcommit_memory` 被设置为2时才有效果。 + +在 ``/proc/meminfo`` 中可以分别以CommitLimit和Committed_AS的形式查看当前 +的超量使用和提交量。 + +陷阱 +==== + +C语言的堆栈增长是一个隐含的mremap。如果你想得到绝对的保证，并在接近边缘的地方运行， +你 **必须** 为你认为你需要的最大尺寸的堆栈进行mmap。对于典型的堆栈使用来说，这并 +不重要，但如果你真的非常关心的话，这就是一个值得关注的案例。 + + +在模式2中，MAP_NORESERVE标志被忽略。 + + +它是如何工作的 +============== + +超量使用是基于以下规则 + +对于文件映射 + | SHARED or READ-only - 0 cost (该文件是映射而不是交换) + | PRIVATE WRITABLE - 每个实例的映射大小 + +对于匿名或者 ``/dev/zero`` 映射 + | SHARED - 映射的大小 + | PRIVATE READ-only - 0 cost (但作用不大) + | PRIVATE WRITABLE - 每个实例的映射大小 + +额外的计数 + | 通过mmap制作可写副本的页面 + | 从同一池中提取的shmfs内存 + +状态 +==== + +* 我们核算mmap内存映射 +* 我们核算mprotect在提交中的变化 +* 我们核算mremap的大小变化 +* 我们的审计 brk +* 审计munmap +* 我们在/proc中报告commit 状态 +* 核对并检查分叉的情况 +* 审查堆栈处理/执行中的构建 +* 叙述SHMfs的情况 +* 实现实际限制的执行 + +待续 +==== +* ptrace 页计数（这很难）。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_frags.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_frags.rst new file mode 100644 index 000000000000..ad27fed33634 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_frags.rst @@ -0,0 +1,38 @@ +:Original: Documentation/vm/page_frag.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +======== +页面片段 +======== + +一个页面片段是一个任意长度的任意偏移的内存区域，它位于一个0或更高阶的复合页面中。 +该页中的多个碎片在该页的引用计数器中被单独计算。 + +page_frag函数，page_frag_alloc和page_frag_free，为页面片段提供了一个简单 +的分配框架。这被网络堆栈和网络设备驱动使用，以提供一个内存的支持区域，作为 +sk_buff->head使用，或者用于skb_shared_info的 “frags” 部分。 + +为了使用页面片段API，需要一个支持页面片段的缓冲区。这为碎片分配提供了一个中心点， +并允许多个调用使用一个缓存的页面。这样做的好处是可以避免对get_page的多次调用， +这在分配时开销可能会很大。然而，由于这种缓存的性质，要求任何对缓存的调用都要受到每 +个CPU的限制，或者每个CPU的限制，并在执行碎片分配时强制禁止中断。 + +网络堆栈在每个CPU使用两个独立的缓存来处理碎片分配。netdev_alloc_cache被使用 +netdev_alloc_frag和__netdev_alloc_skb调用的调用者使用。napi_alloc_cache +被调用__napi_alloc_frag和__napi_alloc_skb的调用者使用。这两个调用的主要区别是 +它们可能被调用的环境。“netdev” 前缀的函数可以在任何上下文中使用，因为这些函数 +将禁用中断，而 ”napi“ 前缀的函数只可以在softirq上下文中使用。 + +许多网络设备驱动程序使用类似的方法来分配页面片段，但页面片段是在环或描述符级别上 +缓存的。为了实现这些情况，有必要提供一种拆解页面缓存的通用方法。出于这个原因， +__page_frag_cache_drain被实现了。它允许通过一次调用从一个页面释放多个引用。 +这样做的好处是，它允许清理被添加到一个页面的多个引用，以避免每次分配都调用 +get_page。 + +Alexander Duyck，2016年11月29日。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_owner.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_owner.rst new file mode 100644 index 000000000000..9e951fabba9d --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_owner.rst @@ -0,0 +1,116 @@ +:Original: Documentation/vm/page_owner.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +================================ +page owner: 跟踪谁分配的每个页面 +================================ + +概述 +==== + +page owner是用来追踪谁分配的每一个页面。它可以用来调试内存泄漏或找到内存占用者。 +当分配发生时，有关分配的信息，如调用堆栈和页面的顺序被存储到每个页面的特定存储中。 +当我们需要了解所有页面的状态时，我们可以获得并分析这些信息。 + +尽管我们已经有了追踪页面分配/释放的tracepoint，但用它来分析谁分配的每个页面是 +相当复杂的。我们需要扩大跟踪缓冲区，以防止在用户空间程序启动前出现重叠。而且，启 +动的程序会不断地将跟踪缓冲区转出，供以后分析，这将会改变系统的行为，会产生更多的 +可能性，而不是仅仅保留在内存中，所以不利于调试。 + +页面所有者也可以用于各种目的。例如，可以通过每个页面的gfp标志信息获得精确的碎片 +统计。如果启用了page owner，它就已经实现并激活了。我们非常欢迎其他用途。 + +page owner在默认情况下是禁用的。所以，如果你想使用它，你需要在你的启动cmdline +中加入"page_owner=on"。如果内核是用page owner构建的，并且由于没有启用启动 +选项而在运行时禁用page owner，那么运行时的开销是很小的。如果在运行时禁用，它不 +需要内存来存储所有者信息，所以没有运行时内存开销。而且，页面所有者在页面分配器的 +热路径中只插入了两个不可能的分支，如果不启用，那么分配就会像没有页面所有者的内核 +一样进行。这两个不可能的分支应该不会影响到分配的性能，特别是在静态键跳转标签修补 +功能可用的情况下。以下是由于这个功能而导致的内核代码大小的变化。 + +- 没有page owner:: + + text data bss dec hex filename + 48392 2333 644 51369 c8a9 mm/page_alloc.o + +- 有page owner:: + + text data bss dec hex filename + 48800 2445 644 51889 cab1 mm/page_alloc.o + 6662 108 29 6799 1a8f mm/page_owner.o + 1025 8 8 1041 411 mm/page_ext.o + +虽然总共增加了8KB的代码，但page_alloc.o增加了520字节，其中不到一半是在hotpath +中。构建带有page owner的内核，并在需要时打开它，将是调试内核内存问题的最佳选择。 + +有一个问题是由实现细节引起的。页所有者将信息存储到struct page扩展的内存中。这 +个内存的初始化时间比稀疏内存系统中的页面分配器启动的时间要晚一些，所以，在初始化 +之前，许多页面可以被分配，但它们没有所有者信息。为了解决这个问题，这些早期分配的 +页面在初始化阶段被调查并标记为分配。虽然这并不意味着它们有正确的所有者信息，但至 +少，我们可以更准确地判断该页是否被分配。在2GB内存的x86-64虚拟机上，有13343 +个早期分配的页面被捕捉和标记，尽管它们大部分是由结构页扩展功能分配的。总之，在这 +之后，没有任何页面处于未追踪状态。 + +使用方法 +======== + +1) 构建用户空间的帮助:: + + cd tools/vm + make page_owner_sort + +2) 启用page owner: 添加 "page_owner=on" 到 boot cmdline. + +3) 做你想调试的工作。 + +4) 分析来自页面所有者的信息:: + + cat /sys/kernel/debug/page_owner > page_owner_full.txt + ./page_owner_sort page_owner_full.txt sorted_page_owner.txt + + ``page_owner_full.txt`` 的一般输出情况如下(输出信息无翻译价值):: + + Page allocated via order XXX, ... + PFN XXX ... + // Detailed stack + + Page allocated via order XXX, ... + PFN XXX ... + // Detailed stack + + ``page_owner_sort`` 工具忽略了 ``PFN`` 行，将剩余的行放在buf中，使用regexp提 + 取页序值，计算buf的次数和页数，最后根据参数进行排序。 + + 在 ``sorted_page_owner.txt`` 中可以看到关于谁分配了每个页面的结果。一般输出:: + + XXX times, XXX pages: + Page allocated via order XXX, ... + // Detailed stack + + 默认情况下， ``page_owner_sort`` 是根据buf的时间来排序的。如果你想 + 按buf的页数排序，请使用-m参数。详细的参数是: + + 基本函数: + + Sort: + -a 按内存分配时间排序 + -m 按总内存排序 + -p 按pid排序。 + -P 按tgid排序。 + -r 按内存释放时间排序。 + -s 按堆栈跟踪排序。 + -t 按时间排序（默认）。 + + 其它函数: + + Cull: + -c 通过比较堆栈跟踪而不是总块来进行剔除。 + + Filter: + -f 过滤掉内存已被释放的块的信息。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_table_check.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_table_check.rst new file mode 100644 index 000000000000..a29fc1b360e6 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/page_table_check.rst @@ -0,0 +1,56 @@ +.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 + +:Original: Documentation/vm/page_table_check.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +======== +页表检查 +======== + +概述 +==== + +页表检查允许通过确保防止某些类型的内存损坏来强化内核。 + +当新的页面可以从用户空间访问时，页表检查通过将它们的页表项（PTEs PMD等）添加到页表中来执行额外 +的验证。 + +在检测到损坏的情况下，内核会被崩溃。页表检查有一个小的性能和内存开销。因此，它在默认情况下是禁用 +的，但是在额外的加固超过性能成本的系统上，可以选择启用。另外，由于页表检查是同步的，它可以帮助调 +试双映射内存损坏问题，在错误的映射发生时崩溃内核，而不是在内存损坏错误发生后内核崩溃。 + +双重映射检测逻辑 +================ + ++-------------------+-------------------+-------------------+------------------+ +| Current Mapping | New mapping | Permissions | Rule | ++===================+===================+===================+==================+ +| Anonymous | Anonymous | Read | Allow | ++-------------------+-------------------+-------------------+------------------+ +| Anonymous | Anonymous | Read / Write | Prohibit | ++-------------------+-------------------+-------------------+------------------+ +| Anonymous | Named | Any | Prohibit | ++-------------------+-------------------+-------------------+------------------+ +| Named | Anonymous | Any | Prohibit | ++-------------------+-------------------+-------------------+------------------+ +| Named | Named | Any | Allow | ++-------------------+-------------------+-------------------+------------------+ + +启用页表检查 +============ + +用以下方法构建内核: + +- PAGE_TABLE_CHECK=y + 注意，它只能在ARCH_SUPPORTS_PAGE_TABLE_CHECK可用的平台上启用。 + +- 使用 "page_table_check=on" 内核参数启动。 + +可以选择用PAGE_TABLE_CHECK_ENFORCED来构建内核，以便在没有额外的内核参数的情况下获得页表 +支持。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/remap_file_pages.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/remap_file_pages.rst new file mode 100644 index 000000000000..af6b7e28af23 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/remap_file_pages.rst @@ -0,0 +1,32 @@ +:Original: Documentation/vm/remap_file_pages.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +============================== +remap_file_pages()系统调用 +============================== + +remap_file_pages()系统调用被用来创建一个非线性映射，也就是说，在这个映射中， +文件的页面被无序映射到内存中。使用remap_file_pages()比重复调用mmap(2)的好 +处是，前者不需要内核创建额外的VMA（虚拟内存区）数据结构。 + +支持非线性映射需要在内核虚拟内存子系统中编写大量的non-trivial的代码，包括热 +路径。另外，为了使非线性映射工作，内核需要一种方法来区分正常的页表项和带有文件 +偏移的项（pte_file）。内核为达到这个目的在PTE中保留了标志。PTE标志是稀缺资 +源，特别是在某些CPU架构上。如果能腾出这个标志用于其他用途就更好了。 + +幸运的是，在生活中并没有很多remap_file_pages()的用户。只知道有一个企业的RDBMS +实现在32位系统上使用这个系统调用来映射比32位虚拟地址空间线性尺寸更大的文件。 +由于64位系统的广泛使用，这种使用情况已经不重要了。 + +syscall被废弃了，现在用一个模拟来代替它。仿真会创建新的VMA，而不是非线性映射。 +对于remap_file_pages()的少数用户来说，它的工作速度会变慢，但ABI被保留了。 + +仿真的一个副作用（除了性能之外）是，由于额外的VMA，用户可以更容易达到 +vm.max_map_count的限制。关于限制的更多细节，请参见DEFAULT_MAX_MAP_COUNT +的注释。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/split_page_table_lock.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/split_page_table_lock.rst new file mode 100644 index 000000000000..50694d97c426 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/split_page_table_lock.rst @@ -0,0 +1,96 @@ +:Original: Documentation/vm/split_page_table_lock.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +================================= +分页表锁（split page table lock） +================================= + +最初，mm->page_table_lock spinlock保护了mm_struct的所有页表。但是这种方 +法导致了多线程应用程序的缺页异常可扩展性差，因为对锁的争夺很激烈。为了提高可扩 +展性，我们引入了分页表锁。 + +有了分页表锁，我们就有了单独的每张表锁来顺序化对表的访问。目前，我们对PTE和 +PMD表使用分页锁。对高层表的访问由mm->page_table_lock保护。 + +有一些辅助工具来锁定/解锁一个表和其他访问器函数: + + - pte_offset_map_lock() + 映射pte并获取PTE表锁，返回所取锁的指针； + - pte_unmap_unlock() + 解锁和解映射PTE表； + - pte_alloc_map_lock() + 如果需要的话，分配PTE表并获取锁，如果分配失败，返回已获取的锁的指针 + 或NULL； + - pte_lockptr() + 返回指向PTE表锁的指针； + - pmd_lock() + 取得PMD表锁，返回所取锁的指针。 + - pmd_lockptr() + 返回指向PMD表锁的指针； + +如果CONFIG_SPLIT_PTLOCK_CPUS（通常为4）小于或等于NR_CPUS，则在编译 +时启用PTE表的分页表锁。如果分页锁被禁用，所有的表都由mm->page_table_lock +来保护。 + +如果PMD表启用了分页锁，并且架构支持它，那么PMD表的分页锁就会被启用（见 +下文）。 + +Hugetlb 和分页表锁 +================== + +Hugetlb可以支持多种页面大小。我们只对PMD级别使用分页锁，但不对PUD使用。 + +Hugetlb特定的辅助函数: + + - huge_pte_lock() + 对PMD_SIZE页面采取pmd分割锁，否则mm->page_table_lock； + - huge_pte_lockptr() + 返回指向表锁的指针。 + +架构对分页表锁的支持 +==================== + +没有必要特别启用PTE分页表锁：所有需要的东西都由pgtable_pte_page_ctor() +和pgtable_pte_page_dtor()完成，它们必须在PTE表分配/释放时被调用。 + +确保架构不使用slab分配器来分配页表：slab使用page->slab_cache来分配其页 +面。这个区域与page->ptl共享存储。 + +PMD分页锁只有在你有两个以上的页表级别时才有意义。 + +启用PMD分页锁需要在PMD表分配时调用pgtable_pmd_page_ctor()，在释放时调 +用pgtable_pmd_page_dtor()。 + +分配通常发生在pmd_alloc_one()中，释放发生在pmd_free()和pmd_free_tlb() +中，但要确保覆盖所有的PMD表分配/释放路径：即X86_PAE在pgd_alloc()中预先 +分配一些PMD。 + +一切就绪后，你可以设置CONFIG_ARCH_ENABLE_SPLIT_PMD_PTLOCK。 + +注意：pgtable_pte_page_ctor()和pgtable_pmd_page_ctor()可能失败--必 +须正确处理。 + +page->ptl +========= + +page->ptl用于访问分割页表锁，其中'page'是包含该表的页面struct page。它 +与page->private（以及union中的其他几个字段）共享存储。 + +为了避免增加struct page的大小并获得最佳性能，我们使用了一个技巧: + + - 如果spinlock_t适合于long，我们使用page->ptr作为spinlock，这样我们 + 就可以避免间接访问并节省一个缓存行。 + - 如果spinlock_t的大小大于long的大小，我们使用page->ptl作为spinlock_t + 的指针并动态分配它。这允许在启用DEBUG_SPINLOCK或DEBUG_LOCK_ALLOC的 + 情况下使用分页锁，但由于间接访问而多花了一个缓存行。 + +PTE表的spinlock_t分配在pgtable_pte_page_ctor()中，PMD表的spinlock_t +分配在pgtable_pmd_page_ctor()中。 + +请不要直接访问page->ptl - -使用适当的辅助函数。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/z3fold.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/z3fold.rst new file mode 100644 index 000000000000..57204aa08caa --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/z3fold.rst @@ -0,0 +1,31 @@ +:Original: Documentation/vm/z3fold.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + + +====== +z3fold +====== + +z3fold是一个专门用于存储压缩页的分配器。它被设计为每个物理页最多可以存储三个压缩页。 +它是zbud的衍生物，允许更高的压缩率，保持其前辈的简单性和确定性。 + +z3fold和zbud的主要区别是: + +* 与zbud不同的是，z3fold允许最大的PAGE_SIZE分配。 +* z3fold在其页面中最多可以容纳3个压缩页面 +* z3fold本身没有输出任何API，因此打算通过zpool的API来使用 + +为了保持确定性和简单性，z3fold，就像zbud一样，总是在每页存储一个整数的压缩页，但是 +它最多可以存储3页，不像zbud最多可以存储2页。因此压缩率达到2.7倍左右，而zbud的压缩 +率是1.7倍左右。 + +不像zbud（但也像zsmalloc），z3fold_alloc()那样不返回一个可重复引用的指针。相反，它 +返回一个无符号长句柄，它编码了被分配对象的实际位置。 + +保持有效的压缩率接近于zsmalloc，z3fold不依赖于MMU的启用，并提供更可预测的回收行 +为，这使得它更适合于小型和反应迅速的系统。 diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/vm/zsmalloc.rst b/Documentation/translations/zh_CN/vm/zsmalloc.rst new file mode 100644 index 000000000000..29e9c70a8eb6 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/vm/zsmalloc.rst @@ -0,0 +1,78 @@ +:Original: Documentation/vm/zs_malloc.rst + +:翻译: + + 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> + +:校译: + +======== +zsmalloc +======== + +这个分配器是为与zram一起使用而设计的。因此，该分配器应该在低内存条件下工作良好。特别是， +它从未尝试过higher order页面的分配，这在内存压力下很可能会失败。另一方面，如果我们只 +是使用单（0-order）页，它将遭受非常高的碎片化 - 任何大小为PAGE_SIZE/2或更大的对象将 +占据整个页面。这是其前身（xvmalloc）的主要问题之一。 + +为了克服这些问题，zsmalloc分配了一堆0-order页面，并使用各种"struct page"字段将它 +们链接起来。这些链接的页面作为一个单一的higher order页面，即一个对象可以跨越0-order +页面的边界。代码将这些链接的页面作为一个实体，称为zspage。 + +为了简单起见，zsmalloc只能分配大小不超过PAGE_SIZE的对象，因为这满足了所有当前用户的 +要求（在最坏的情况下，页面是不可压缩的，因此以"原样"即未压缩的形式存储）。对于大于这 +个大小的分配请求，会返回失败（见zs_malloc）。 + +此外，zs_malloc()并不返回一个可重复引用的指针。相反，它返回一个不透明的句柄（无符号 +长），它编码了被分配对象的实际位置。这种间接性的原因是zsmalloc并不保持zspages的永久 +映射，因为这在32位系统上会导致问题，因为内核空间映射的VA区域非常小。因此，在使用分配 +的内存之前，对象必须使用zs_map_object()进行映射以获得一个可用的指针，随后使用 +zs_unmap_object()解除映射。 + +stat +==== + +通过CONFIG_ZSMALLOC_STAT，我们可以通过 ``/sys/kernel/debug/zsmalloc/<user name>`` +看到zsmalloc内部信息。下面是一个统计输出的例子。:: + + # cat /sys/kernel/debug/zsmalloc/zram0/classes + + class size almost_full almost_empty obj_allocated obj_used pages_used pages_per_zspage + ... + ... + 9 176 0 1 186 129 8 4 + 10 192 1 0 2880 2872 135 3 + 11 208 0 1 819 795 42 2 + 12 224 0 1 219 159 12 4 + ... + ... + + +class + 索引 +size + zspage存储对象大小 +almost_empty + ZS_ALMOST_EMPTY zspage的数量（见下文）。 +almost_full + ZS_ALMOST_FULL zspage的数量(见下图) +obj_allocated + 已分配对象的数量 +obj_used + 分配给用户的对象的数量 +pages_used + 为该类分配的页数 +pages_per_zspage + 组成一个zspage的0-order页面的数量 + +当n <= N / f时，我们将一个zspage分配给ZS_ALMOST_EMPTYfullness组，其中 + +* n = 已分配对象的数量 +* N = zspage可以存储的对象总数 +* f = fullness_threshold_frac(即，目前是4个) + +同样地，我们将zspage分配给: + +* ZS_ALMOST_FULL when n > N / f +* ZS_EMPTY when n == 0 +* ZS_FULL when n == N |