图解｜透明大页原理与实现
来源：
2022-12-30 19:16:24
在《图解｜Linux大内存页原理》一文中，我们介绍过标准大页的原理与其优点，现在我们回顾一下标准大页有哪些优点：
(资料图片仅供参考)
可以看出，使用大页能够加速系统的运行效率。
但是标准大页使用起来比较麻烦，需要挂载 Hugetlb 文件系统，并且需要使用 mmap 系统调用来对大页进行映射。为了解决标准大页使用麻烦的问题，红帽子（Red Hat）公司开发出透明大页（Transparent Huge Pages，THP）功能。
要使用透明大页功能，只需要使用以下命令开启即可：
echoalways>/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
开启了透明大页功能后，内核将会创建一个名为khugepaged的内核线程。
khugepaged内核线程会不断扫描进程的虚拟内存空间（vma，virtual memory area），如果发现存在 2MB 地址连续的虚拟地址空间，那么判断其是否满足转换成大页的条件，如果满足则将这些物理内存合并成一个大页。如下图所示：
相对于使用繁琐的标准大页，透明大页显得更加友好。
透明大页原理操作系统管理内存时，是以页作为单位的，常用的页大小有4KB、2MB和1GB。4KB 的内存页被称为普通内存页，而 2MB 和 1GB 的内存页被称为大页。
通常来说，4KB 的内存页使用频率最多，但有时候为了减少缺页异常发生的次数（提升程序的性能），所以会使用 2MB 或者 1GB 的内存页来代替 4KB 的内存页。
透明大页核心思想透明大页的核心思想很简单：不断扫描进程的虚拟内存区间（vma），如果发现大小超过 2MB 的内存区间，将会判断其是否满足转换成大页的条件，如果满足则将这些物理内存合并成一个大页。
我们知道每个进程都有一个 mm_struct 结构，用来管理进程的虚拟内存空间和映射物理地址的页表等信息，而虚拟内存的区间是通过 vm_area_struct 结构（vma）来管理的。
透明大页的核心逻辑步骤：
查找满足转换成大页的内存区间khugepaged内核线程会扫描进程的虚拟内存空间，如果发现内存区间大于等于 2MB，并且满足转换成大页的条件，那么将会进入下面的步骤。
