第13章 Huge Page の管理

メモリーは、ページと呼ばれるブロックで管理されます。多くのシステムでは、1 ページは 4Ki です。メモリー 1Mi は 256 ページに、メモリー 1Gi は 256,000 ページに相当します。CPU には、内蔵のメモリー管理ユニットがあり、ハードウェアでこのようなページリストを管理します。トランスレーションルックアサイドバッファー (TLB: Translation Lookaside Buffer) は、仮想から物理へのページマッピングの小規模なハードウェアキャッシュのことです。ハードウェアの指示で渡された仮想アドレスが TLB にあれば、マッピングをすばやく決定できます。そうでない場合には、TLB ミスが発生し、システムは速度が遅く、ソフトウェアベースのアドレス変換にフォールバックされ、パフォーマンスの問題が発生します。TLB のサイズが固定されているので、ページサイズを増やすしか、TLB ミスの割合を減らす方法はありません。

Huge Page とは、4Ki より大きいメモリーページのことです。x86_64 アーキテクチャーでは、2Mi と 1Gi の 2 つが一般的な Huge Page サイズです。別のアーキテクチャーではサイズは異なります。Huge Page を使用するには、アプリケーションが認識できるようにコードを書き込む必要があります。Transparent Huge Pages (THP) は、アプリケーションによる認識なしに、Huge Page の管理を自動化しようとしますが、制約があります。特に、ページサイズは 2Mi に制限されます。THP では、THP のデフラグが原因で、メモリー使用率が高くなり、断片化が起こり、パフォーマンスの低下につながり、メモリーページがロックされてしまう可能性があります。このような理由から、アプリケーションは THP ではなく、事前割り当て済みの Huge Page を使用するように設計 (また推奨) される場合があります。

OpenShift Container Platform では、Pod のアプリケーションが事前割り当て済みの Huge Page を割り当て、消費できます。以下のトピックでは、その方法について説明します。

Huge Page は、リソース名の hugepages-<size> を使用してコンテナーレベルのリソース要件で消費可能です。サイズは、特定のノードでサポートされる最もコンパクトなバイナリー表示 (整数値を使用) に置き換えます。たとえば、ノードが 2048KiB のページサイズをサポートする場合は、スケジュール可能なリソース hugepages-2Mi を公開します。CPU やメモリーとは異なり、Huge Page はオーバーコミットをサポートしません。

kind: Pod
metadata:
  generateName: hugepages-volume-
spec:
  containers:
  - securityContext:
      privileged: true
    image: rhel7:latest
    command:
    - sleep
    - inf
    name: example
    volumeMounts:
    - mountPath: /hugepages
      name: hugepage
    resources:
      limits:
        hugepages-2Mi: 100Mi 1
  volumes:
  - name: hugepage
    emptyDir:
      medium: HugePages

プラットフォームによっては、複数の Huge Page サイズをサポートするものもあります。特定のサイズの Huge Page を割り当てるには、Huge Page の起動コマンドパラメーターの前に、Huge Page サイズの選択パラメーター hugepagesz=<size> を指定してください。<size> の値は、バイトで指定する必要があります。その際、オプションでスケールサフィックス [kKmMgG] を指定できます。デフォルトの Huge Page サイズは、default_hugepagesz=<size> の起動パラメーターで定義できます。詳しい情報は、「Huge Page および Transparent Huge Pages」を参照してください。

Huge Page 要求は制限と同じでなければなりません。制限が指定されているにもかかわらず、要求が指定されていない場合には、これがデフォルトになります。

Huge Page は、Pod のスコープで分割されます。コンテナーの分割は、今後のバージョンで予定されています。

Huge Page がサポートする EmptyDir ボリュームは、Pod 要求よりも多くの Huge Page メモリーを消費することはできません。

shmget() で SHM_HUGETLB を使用して Huge Page を消費するアプリケーションは、proc/sys/vm/hugetlb_shm_group に一致する補助グループで実行する必要があります。