[轉帖]JVM優化之調整大內存分頁(LargePage)

https://nowjava.com/article/31311

 

在這篇文章中：

• 內存分頁大小對性能的提升原理
• 調整OS和JVM內存分頁
• cat /proc/meminfo | grep Huge
• echo 4294967295 > /proc/sys/kernel/shmmax
• echo 154 > /proc/sys/vm/nr_hugepages

本文將從內存分頁的原理，如何調整分頁大小兩節內容，向你闡述LargePage對JVM的性能有何提升作用，並在文末點明瞭大內分頁的副作用。OK，讓我們開始吧！

內存分頁大小對性能的提升原理

首先，我們需要回顧一小部分計算機組成原理，這對理解大內存分頁至於JVM性能的提升是有好處的。

什麼是內存分頁？
我們知道，CPU是通過尋址來訪問內存的。32位CPU的尋址寬度是 0~0xFFFFFFFF ，計算後得到的大小是4G，也就是說可支持的物理內存最大是4G。

但在實踐過程中，碰到了這樣的問題，程序需要使用4G內存，而可用物理內存小於4G，導致程序不得不降低內存佔用。
爲了解決此類問題，現代CPU引入了?MMU（Memory Management Unit?內存管理單元）。

MMU 的核心思想是利用虛擬地址替代物理地址，即CPU尋址時使用虛址，由 MMU 負責將虛址映射爲物理地址。
MMU的引入，解決了對物理內存的限制，對程序來說，就像自己在使用4G內存一樣。

內存分頁(Paging)是在使用MMU的基礎上，提出的一種內存管理機制。它將虛擬地址和物理地址按固定大小（4K）分割成頁(page)和頁幀(page frame)，並保證頁與頁幀的大小相同。

這種機制，從數據結構上，保證了訪問內存的高效，並使OS能支持非連續性的內存分配。
在程序內存不夠用時，還可以將不常用的物理內存頁轉移到其他存儲設備上，比如磁盤，這就是大家耳熟能詳的虛擬內存。

爲什麼要支持大內存分頁？
TLB是有限的，這點毫無疑問。當超出TLB的存儲極限時，就會發生 TLB miss，之後，OS就會命令CPU去訪問內存上的頁表。如果頻繁的出現TLB miss，程序的性能會下降地很快。

爲了讓TLB可以存儲更多的頁地址映射關係，我們的做法是調大內存分頁大小。

如果一個頁4M，對比一個頁4K，前者可以讓TLB多存儲1000個頁地址映射關係，性能的提升是比較可觀的。

調整OS和JVM內存分頁

在Linux和windows下要啓用大內存頁，有一些限制和設置步驟。

Linux：
限制：需要2.6內核以上或2.4內核已打大內存頁補丁。
確認是否支持，請在終端敲如下命令：

cat /proc/meminfo | grep Huge

HugePages_Total: 0
HugePages_Free: 0
Hugepagesize: 2048 kB

如果有HugePage字樣的輸出內容，說明你的OS是支持大內存分頁的。Hugepagesize就是默認的大內存頁size。
接下來，爲了讓JVM可以調整大內存頁size，需要設置下OS 共享內存段最大值 和 大內存頁數量。

共享內存段最大值
建議這個值大於Java Heap size，這個例子裏設置了4G內存。

echo 4294967295 > /proc/sys/kernel/shmmax

大內存頁數量

echo 154 > /proc/sys/vm/nr_hugepages

這個值一般是 Java進程佔用最大內存/單個頁的大小 ，比如java設置 1.5G，單個頁 10M，那麼數量爲 ?1536/10 = 154。
注意：因爲proc是內存FS，爲了不讓你的設置在重啓後被沖掉，建議寫個腳本放到 init 階段(rc.local)。

Windows:
限制：僅支持 windows server 2003 以上server版本
操作步驟:

1. Control Panel -> Administrative Tools -> Local Security Policy
2. Local Policies -> User Rights Assignment
3. 雙擊 “Lock pages in memory”, 添加用戶和組
4. 重啓電腦
   注意: 需要管理員操作。

單個頁大小調整
JVM啓用時加參數 -XX:LargePageSizeInBytes=10m
如果JDK是在1.5 update5以前的，還需要手動加 -XX:+UseLargePages，作用是啓用大內存頁支持。

大內存分頁的副作用

因爲每頁size變大了，導致JVM在計算Heap內部分區（perm, new, old）內存佔用比例時，會出現超出正常值的劃分。最壞情況下是，某個區會多佔用一個頁的大小。不過後續jvm版本也在調整這個策略。

一般情況，不建議將頁size調得太大，4-64M，是可以接受的（默認是4M）。爲了合理設置這個值，你應該對你的系統做一下benchmark。
說實話，網上我見過調得最猛的，有調到256M，從benchmark報表上看，性能不是太壞。如果你有64位的大內存機器，不妨嘗試一下。

另外，網上有很多GC調優的文章內容中都有提到 LargePageSizeInBytes，但未提任何OS限制。在OS不支持的情況下，設置這個參數，這個參數將僅僅是個擺設。