Hugepage导致进程占用物理内存过多的问题

| 分类 Linux  | 标签 memory 

1 问题

业务同样的程序跑在TDocker、XEN，占用的内存却相差很大。

TDocker：

XEN：

可以看到，虽然VIRT一样，但是程序占用的物理内存却相差6倍。

2 原因分析

经过各种分析，后来levy同学发现关闭transparent hugepage就解决了这个问题。TDocker使用的CentOS6.5的内核，默认开启了transparent hugepage。

# cat /sys/kernel/mm/redhat_transparent_hugepage/enabled 
[always] madvise never

关闭transparent hugepage，

#echo never > /sys/kernel/mm/redhat_transparent_hugepage/enabled
#echo never > /sys/kernel/mm/redhat_transparent_hugepage/defrag

重启业务程序，马上见效：

那么问题来了，为什么hugepage会导致程序使用的物理内存会多那么多呢？

从业务同学了解到，该程序在启动时加载用户的排行榜到内存中，数据保存到一个std::map中，每个Server 1W人，应该不会占用到那么多物理内存：

map<string, ...> m_mUserRank

由于hugepage使用2M的PAGE，

# cat /proc/meminfo |grep Hugepagesize
Hugepagesize:       2048 Kb

所以每次缺页都会导致内核分配2M的内存，而不是4K。如果程序访问内存不连续，必然导致物理内存过多分配，而C++ map符合这种情况。

下面通过一个测试程序来验证这一想法。

3 测试

程序的想法很简单，申请800M的（虚拟）内存，然后以2M为单位，每次只写4K。

/* gcc -o hugepage hugepage.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define BUF_SIZE 838860800
#define STEP 2097152 //2MB
int main(){
    int i = 0, count = 0;
    char *p = (char*)malloc(BUF_SIZE);
    sleep(15);
    printf("start memset\n");
    for(i = 0; i < BUF_SIZE; i++){
      memset(p + i, 0, 4096);
      i += STEP;
      count++;
    }
    printf("done, count=%d\n", count);
    sleep(60);
    return 0;
}

运行：

# ./hugepage 
start memset
done, count=400

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                
64617 root      20   0  803m 798m  360 S  0.0  1.2   0:00.18 hugepage

可以看到，虽然只写了400 * 4K =1600K的数据，进程却使用了798M物理内存，相差700倍。

关闭hugepage

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                
 7161 root      20   0  803m 3676  400 S  0.0  0.0   0:00.00 hugepage

可以看到，同样的程序只使用了10M多内存。

4 总结

Transparent Hugepage是由Andrea Arcangeli提交并在2.6.38合到内核的特性，这对于使用大内存的程序，可以减少TLB miss的次数，据说能带来10%的性能提升。

但是，由于PAGE size变成2M，这也可能带来负面的影响，可能导致程序占用的物理内存比4K的page size情况下要多。当然，前提是程序申请了过多的内存，却没有使用到这些内存。

主要参考

  • http://lwn.net/Articles/359158/
  • https://lwn.net/Articles/423584/
  • https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/transhuge.txt
  • http://www.slideshare.net/raghusiddarth/transparent-hugepages-in-rhel-6

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