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KSM 内存页共享的性能问题
KSM（Kernel Shared Memory）是 Linux Kernel 的一种内存共享机制，在 2.6.36 版本引入。简而言之，KSM 用于合并具有相同内容的物理主存页面以减少页面冗余。在 Kernel 中有一个 KSM 守护进程 ksmd，它会定期扫描用户向它注册的内存区域，寻找到相同的页面就会将其合并，并用一个添加了写保护的页面来代替。当有进程尝试写入该页面时，Kernel 会自动为其分配一个新的页面，然后将新数据写入到这个新页面，这就是典型的 COW 机制。类似的，存储技术中有一个称为去耦合（de-duplication）的技术，通过删除冗余数据（基于数据块，或者基于更大的数据片段，比如文件）来减少已存储的数据。公共数据片段被合并（以一种 COW 方式），释放空间供其他用途。使用这种方法，存储成本更低，最终需要的存储器也更少。
KSM 最初被应用到 KVM 上，因为事实证明，如果虚拟化了许多相同的操作系统和应用程序组，那么宿主机上许多内存页面都是相同的。假如操作系统和应用程序代码以及常量数据在 VMs 之间相同，那么这个特点就很有用。当页面惟一时，它们可以被合并，从而释放内存，供其他应用程序使用。将多个 VMs 具有的相同内存页合并（共享），可以腾出更多的可用物理内存。
但是事实上，KSM 可以应用于任何应用。KSM 仅仅会合并匿名页面，不会对文件映射的页面做处理，经过 KSM 合并的页面最初是被锁定的内存中的，但是现在已经可以像其他页面一样被换出到交换区了。但是共享页一经换出，其共享的特性就被打破，再次换入的时候，ksmd 必须重新对其处理。前面提到，KSM 仅仅会扫描那些向其注册的区域，就是向 KSM 模块注册了如果条件允许可以被合并的区域，通过 madvise 系统调用可以做到这点 int madvise(addr, length, MADV_MERGEABLE)。同时，应用也可以通过调用 int madvise(addr, length, MADV_UNMERGEABLE) 来取消这个注册，从而让页面恢复私有特性。但是该调用可能会造成内存超额，造成 unmerge 失败，很大程度上会造成唤醒 Out-Of-Memory killer，杀死当前进程。如果 KSM 没有在当前运行的 Kernel 启用，那么前面提到的 madvise 调用就会失败，如果内核配置了 CONFIG_KSM=y，调用一般是会成功的。
KSM 的管理和监控通过 sysfs（位于根 /sys/kernel/mm/ksm）执行。
- pages_to_scan：定义一次给定扫描中可以扫描的页面数。
- sleep_millisecs：定义执行另一次页面扫描前 ksmd 休眠的毫秒数。
- max_kernel_pages：定义 ksmd 可以使用的最大页面数（默认值是可用内存的 25%，但可以写入一个 0 来指定为无限）。
- merge_across_nodes：控制不同 NUMA 节点内存的合并，如果被设置成 0，则只合并当前 NUMA 节点的内存。
- run：控制 ksmd 的运行
- 0 表示停止 ksmd，但是保持合并的页面；
- 1 表示运行 ksmd；
- 2 表示停止 ksmd 并请求取消合并所有合并页面。
KSM 合并效果会实时显示在下面文件：
- pages_shared：KSM 正在使用的不可交换的内核页面的数量。
- pages_sharing：一个内存存储指示。
- pages_unshared ：为合并而重复检查的惟一页面的数量。
- pages_volatile：频繁改变的页面的数量。
- full_scans：表明已经执行的全区域扫描的次数。
KSM 作者定义：较高的 pages_sharing/pages_shared 比率表明高效的页面共享（反之则表明资源浪费）。
需要注意的是，应用 KSM 的时候要慎重考虑，因为 KSM 扫描相同的页面的过程会消耗较多的 CPU 资源，在对虚拟机性能要求苛刻的环境中一般都会禁用 KSM。关闭 KSM，可以让作为 Hypervisor 的 Linux Kernel（KVM）在负载增加时候，保证虚拟机的响应速度。这里再次印证了一句名言：计算机艺术永远是时间与空间的较量。
来源：oschina
链接：https://my.oschina.net/u/4342092/blog/4318496