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第 7 章 KSM

共享内存的概念在现代操作系统中很常见。例如，当程序首次启动时，它会与父程序共享其所有内存。当子程序尝试修改此内存时，内核会分配一个新的内存区域，复制原始内容并允许程序修改这个新区域。这被称为 write（写时）的 copy。
KSM 是一种新的 Linux 功能，以相反地使用此概念。KSM 使内核能够检查两个或多个已运行程序并比较它们的内存。如果任何内存区域或页面相同，则 KSM 会将多个相同内存页减至单个页面。然后，这个页会在 write 上标记为副本。如果 guest 虚拟机修改了页面的内容，则会为该 guest 虚拟机创建一个新页面。
这对于使用 KVM 进行虚拟化非常有用。当客户机虚拟机启动时，它只会从父 qemu-kvm 进程中继承内存。客户机虚拟机运行后，可以在客户机运行相同操作系统或应用程序时，客户机虚拟机操作系统镜像的内容可以共享。
注意
页面重复数据删除技术（由 KSM 实施也使用）可能会引入侧信道，这些通道可能会用于泄漏多个客户机中的信息。如果出现这种情况，可以基于每个虚拟机禁用 KSM。
KSM 提供增强的内存速度和利用率。通过 KSM，通用进程数据存储在缓存或主内存中。这可减少 KVM 客户机的缓存丢失，从而可提高某些应用程序和操作系统的性能。其次，共享内存可减少客户机的总内存用量，从而可以增加密度并增加资源的利用率。
注意
从 Red Hat Enterprise Linux 6.5 开始，KSM 是 NUMA 感知功能。这样，它在合并页面时可以考虑 NUMA 本地性，从而避免与将页面移动到远程节点中的页面相关的性能下降。红帽建议在使用 KSM 时避免多节点内存合并。如果使用 KSM，将 /sys/kernel/mm/ksm/merge_across_nodes 可调项改为 0，以避免在 NUMA 节点间合并页面。内核内存核算统计最终可在大量跨节点合并后相互冲突。因此，numad 在 KSM 守护进程合并大量内存后可能会变得混乱。如果您的系统有大量可用内存，可以通过关闭和禁用 KSM 守护进程来获得更高的性能。有关 NUMA 的更多信息，请参阅 Red Hat Enterprise Linux 性能调优指南。
Red Hat Enterprise Linux 使用两种单独的方法来控制 KSM：
  • ksm 服务启动并停止 KSM 内核线程。
  • ksmtuned 服务控制并调整 ksm，动态管理同一页面合并。ksmtuned 服务启动 ksm，并在不需要内存共享时停止 ksm 服务。ksmtuned 服务必须使用 retune 参数告知在创建或销毁新客户机时运行。
这两个服务都使用标准服务管理工具进行控制。

KSM 服务

ksm 服务包含在 qemu-kvm 软件包中。在 Red Hat Enterprise Linux 6 中默认禁用 KSM。但是，当使用 Red Hat Enterprise Linux 6 作为 KVM 主机物理机器时，它可能会被 ksm/ksmtuned 服务打开。

如果没有启动 ksm 服务，则 KSM 仅共享 2000 个页面。这个默认值较低，并提供有限的内存保存优势。
启动 ksm 服务后，KSM 将最多共享主机物理机器系统主内存的一半。启动 ksm 服务，使 KSM 能够共享更多内存。 
# service ksm start
Starting ksm:                                              [  OK  ]
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ksm 服务可以添加到默认启动序列中。使用 chkconfig 命令使 ksm 服务持久。 
# chkconfig ksm on
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KSM 调整服务

ksmtuned 服务没有任何选项。ksmtuned 服务循环并调整 ksm。当客户机虚拟机被创建或销毁时，libvirt 会通知 ksmtuned 服务。 

# service ksmtuned start
Starting ksmtuned:                                         [  OK  ]
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可以使用 retune 参数调整 ksmtuned 服务。retune 参数指示 ksmtuned 手动运行调整功能。
在更改文件中的参数前，需要说明几个术语：
  • thres - 激活阈值，单位为字节。当把 thres 值添加到所有 qemu-kvm 进程 RSZ 超过总系统内存时，会触发 KSM 周期。这个参数在 KSM_THRES_COEF 中定义的百分比的 kbytes 中相同。
/etc/ksmtuned.conf 文件是 ksmtuned 服务的配置文件。以下文件输出是默认的 ksmtuned.conf 文件。 
# Configuration file for ksmtuned.

# How long ksmtuned should sleep between tuning adjustments
# KSM_MONITOR_INTERVAL=60

# Millisecond sleep between ksm scans for 16Gb server.
# Smaller servers sleep more, bigger sleep less.
# KSM_SLEEP_MSEC=10

# KSM_NPAGES_BOOST is added to the npages value, when free memory is less than thres.
# KSM_NPAGES_BOOST=300

# KSM_NPAGES_DECAY Value given is subtracted to the npages value, when free memory is greater than thres.
# KSM_NPAGES_DECAY=-50

# KSM_NPAGES_MIN is the lower limit for the npages value.
# KSM_NPAGES_MIN=64

# KSM_NAGES_MAX is the upper limit for the npages value.
# KSM_NPAGES_MAX=1250

# KSM_TRES_COEF - is the RAM percentage to be calculated in parameter thres.
# KSM_THRES_COEF=20

# KSM_THRES_CONST - If this is a low memory system, and the thres value is less than KSM_THRES_CONST, then reset thres value to KSM_THRES_CONST value.
# KSM_THRES_CONST=2048

# uncomment the following to enable ksmtuned debug information
# LOGFILE=/var/log/ksmtuned
# DEBUG=1
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KSM 变量和监控

KSM 将监控数据存储在 /sys/kernel/mm/ksm/ 目录中。这个目录中的文件由内核更新，是 KSM 使用和统计数据的准确记录。

以下列表中的变量也是 /etc/ksmtuned.conf 文件中的可配置变量，如下所示。

/sys/kernel/mm/ksm/ 文件

full_scans
完整扫描运行.
pages_shared
共享的总页面。
pages_sharing
现已共享的页面.
pages_to_scan
页面未扫描。
pages_unshared
页面不再共享。
pages_volatile
易失性页面的数量。
run
KSM 进程是否在运行。
sleep_millisecs
sleep 毫秒.
如果 DEBUG=1 行添加到 /etc/ksmtuned.conf 文件中，则 KSM 调整活动将存储在 /var/log/ksmtuned 日志文件中。日志文件位置可使用 LOGFILE 参数更改。不建议更改日志文件位置，可能需要特殊配置 SELinux 设置。

取消激活 KSM

KSM 具有性能开销，对于某些环境或主机物理机器系统来说可能太大。

通过停止 ksmtuned 和 ksm 服务可停用 KSM。停止服务会停用 KSM，但重启后不会保留。 
# service ksmtuned stop
Stopping ksmtuned:                                         [  OK  ]
# service ksm stop
Stopping ksm:                                              [  OK  ]
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使用 chkconfig 命令永久取消激活 KSM。要关闭服务，请运行以下命令： 
# chkconfig ksm off
# chkconfig ksmtuned off
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重要
确保交换大小足以用于提交的 RAM，即使是 KSM。KSM 可减少相同或类似虚拟机的 RAM 使用量。可能会在没有足够 swap 空间的情况下使用 KSM 过量使用客户机，但不建议使用，因为客户机虚拟机内存使用可能会导致页面变得不共享。
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