Huge Page とは何ですか? また、それを使用する利点は何ですか?

Resolution

• Huge page は、Linux カーネルが最新のハードウェアアーキテクチャーのページサイズ機能を複数利用できるようにする機能です。Linux は、物理 RAM とスワップの両方からマップされた複数の仮想メモリーページを作成します。ページは仮想メモリーの基本単位で、x86 アーキテクチャーではデフォルトのページサイズは 4096 バイトです。

• Linux は、トランスレーションルックアサイドバッファー (TLB) と呼ばれる CPU アーキテクチャーのメカニズムを使用して、仮想メモリーページの実際の物理メモリーアドレスへのマッピングを管理します。TLB のハードウェアリソースには限りがあるため、デフォルトのページサイズで大量の物理メモリーを利用すると TLB が消費され、処理のオーバーヘッドが追加されます。サイズが 4096 バイトのページが多数あると、多くの TLB リソースが消費されます。Huge page を利用することで、サイズがより大きいページを作成して、ページごとにTLB 内の 1 つのリソースを消費できます。Huge page の作成の副作用として、Huge page にマップされた物理メモリーは通常のメモリー割り当ての対象ではなくなり、カーネル仮想メモリーのマネージャーで管理されなくなるため、Huge page は実質的に「保護」され、Huge page を要求するアプリケーションに対してのみ提供されます。Huge Page は物理 RAM に固定されており、スワップ/ページアウトできません。

• Huge page を割り当てるのは一般的に、メモリーを多く使用するアプリケーションを対象としており、システムのメモリー負荷が高い場合に、使用するページがスワップアウトされないようにすることが目的です。もう 1 つの目的は、32 ビットシステムでのメモリー使用量を管理することです。Huge Page を作成して、そのページを使用するようにアプリケーションを設定すると、管理するページが少なくなるため、カーネルのメモリー管理のオーバーヘッドが軽減されます。カーネル仮想メモリーマネージャーは低メモリーを利用します。管理するページが少ないということは、低メモリーの消費量も少なくなります。

• Linux 2.6 シリーズのカーネルでは、カーネルの構築時に CONFIG_HUGETLB_PAGE 機能を使用して Huge page が有効になります。Red Hat Enterprise Linux 4 リリース以降で Red Hat によって提供されるすべてのカーネルでは、この機能が有効になっています。

• 大量のメモリーを搭載したシステムは、Huge page 専用の部分を確保することで、メモリーをより効率的に利用するように設定できます。ページの実際のサイズは、システムアーキテクチャーによって異なります。一般的な x86 システムの Huge page サイズは 2048 キロバイトになります。Huge page サイズは、/proc/meminfo を調べることで確認できます。

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

  注記: RHEL 8 および 9 のデフォルトの HugePage サイズは、default_hugepagesz カーネルコマンドラインパラメーターを使用して変更できます。

• RHEL 6、7、および 8 では、次のコマンドを使用して hugepagesize (バイト単位) を表示できます。

  # hugeadm --page-sizes-all
  2097152
  

• RHEL 6 以降では、Transparent Huge Pages も使用できるようになりました。

  注: hugepage を有効にするには、連続して整列された、未割り当てのメモリーリージョンをカーネルが探しだす必要があります。 つまり、多くのシステムでは、このような Huge page の割り当てには再起動が必要になります。

hugepage の詳細は、次のリンクを参照してください。

• RHEL 4 および RHEL 5 チューニングガイド
• RHEL 6 ドキュメント
• RHEL 8 ドキュメント
• RHEL 5 および RHEL 6 の場合: Enabling hugepages for use with Oracle Database