本系列的三篇文章深入研究?jī)?nèi)存優(yōu)化中的參數(shù)優(yōu)化，重點(diǎn)關(guān)注于內(nèi)存性能優(yōu)化方面的各種挑戰(zhàn)和各種最佳實(shí)踐，并且還介紹了 AIX? Version 5.3 中的一些改進(jìn)。盡管與中央處理單元 (CPU) 優(yōu)化相比，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存優(yōu)化可能更加困難，但它同樣是非常重要的。在 AIX 服務(wù)器中，與任何其他子系統(tǒng)相比，您可以對(duì)內(nèi)存進(jìn)行更多的優(yōu)化工作。更改系統(tǒng)中的某些內(nèi)存參數(shù)，可以極大地提高性能，特別是在尚未對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的運(yùn)行環(huán)境中。本系列文章的第 1 部分提供了 AIX 中內(nèi)存的概述，包括對(duì)虛擬內(nèi)存和虛擬內(nèi)存管理器 (VMM) 的介紹。

引言

作為一名系統(tǒng)管理員，您應(yīng)該已經(jīng)對(duì)有關(guān)內(nèi)存的基本知識(shí)非常熟悉，如物理和虛擬內(nèi)存之間的區(qū)別。您可能還不是很清楚 AIX? 中的虛擬內(nèi)存管理器 (VMM) 是如何工作的、以及它與性能優(yōu)化之間的關(guān)系如何。而且，在最近幾年中，有一些優(yōu)化命令和參數(shù)發(fā)生了變化，如果您較長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用 AIX 了，那么您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，您從前所熟悉的一些命令，現(xiàn)在甚至根本無(wú)法繼續(xù)使用了。本文詳細(xì)地介紹了 AIX VMM，以及優(yōu)化 VMM 所需使用的各種優(yōu)化命令。我將介紹一些監(jiān)視工具，您可以使用這些工具來(lái)優(yōu)化您的系統(tǒng)，本文還對(duì)一些比較重要的 AIX Version 5.3 內(nèi)存管理增強(qiáng)功能進(jìn)行概述。實(shí)現(xiàn)這些增強(qiáng)功能，即將其應(yīng)用到您的系統(tǒng)環(huán)境，可以在您的系統(tǒng)中優(yōu)化內(nèi)存性能。

盡管您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，與其他的子系統(tǒng)相比，內(nèi)存的優(yōu)化更為困難一些，但是收到的效果往往更加顯著。可能還有一些應(yīng)該在您的系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置的特定的優(yōu)化建議，這取決于您所運(yùn)行的系統(tǒng)的類型。為了幫助證實(shí)這些內(nèi)容，我使用了一個(gè)特定的示例，并介紹了進(jìn)行這些參數(shù)設(shè)置的一些最佳實(shí)踐。在某些情況下，動(dòng)態(tài)地優(yōu)化一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)，可能會(huì)使得您的系統(tǒng)的整體性能完全不同。

無(wú)論您需要對(duì)哪個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，有一個(gè)方面是相同的，即優(yōu)化系統(tǒng)—您始終應(yīng)該將其看作一個(gè)正在進(jìn)行的進(jìn)程。開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視的最佳時(shí)間是當(dāng)您首次將系統(tǒng)應(yīng)用到產(chǎn)品環(huán)境中并且正常運(yùn)行時(shí)，而不是等到用戶抱怨系統(tǒng)的性能非常糟糕的時(shí)候。如果您不了解系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的情況，并以此作為基準(zhǔn)，那么您可能永遠(yuǎn)也無(wú)法真正地確定是否出現(xiàn)了問(wèn)題。而且，一次只應(yīng)該進(jìn)行一項(xiàng)更改，并且在進(jìn)行了更改之后，應(yīng)該盡快地捕獲相關(guān)的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，以確定這項(xiàng)更改究竟帶來(lái)了什么不同（如果存在的話）。

內(nèi)存概述

這部分內(nèi)容提供了與 AIX 有關(guān)的內(nèi)存方面的概述。我將介紹 AIX 如何使用虛擬內(nèi)存來(lái)尋址比系統(tǒng)中物理內(nèi)存更大的內(nèi)存。我還將說(shuō)明 VMM 的工作方式以及它如何處理各種請(qǐng)求。

任何有關(guān)內(nèi)存和 AIX 的介紹都必須以對(duì) VMM 的描述作為開(kāi)始。有時(shí)候，令 AIX 新手感到困惑的是，VMM 服務(wù)如何處理系統(tǒng)中所有的內(nèi)存請(qǐng)求，而不僅僅是虛擬內(nèi)存本身。在訪問(wèn) RAM 時(shí)，VMM 需要分配空間，即使是在系統(tǒng)中有足夠的物理內(nèi)存的情況下。它實(shí)現(xiàn)了分頁(yè)空間的預(yù)分配過(guò)程。使用這種方法，VMM 在幫助管理實(shí)際內(nèi)存方面扮演了重要的角色，而不僅是在虛擬內(nèi)存方面。下面來(lái)說(shuō)明它的工作原理。在 AIX 中，將所有的虛擬內(nèi)存段劃分為若干個(gè)頁(yè)面。在 AIX 中，每個(gè)頁(yè)面的缺省大小為 4KB。所分配的頁(yè)面可以位于 RAM 或者分頁(yè)空間（虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)于磁盤(pán)上）。VMM 還維護(hù)一個(gè)稱為空閑列表 的對(duì)象，該對(duì)象定義為未分配的頁(yè)幀。它們用于處理缺頁(yè)的情況。通常存在少量未分配頁(yè)面（您可以自行配置），VMM 可以使用這些頁(yè)面來(lái)騰出空間并為其重新分配頁(yè)幀。可以使用 VMM 的頁(yè)面置換算法來(lái)選擇要重新分配頁(yè)幀的虛擬內(nèi)存頁(yè)面。這種分頁(yè)算法可以確定對(duì)當(dāng)前位于 RAM 中的哪些虛擬內(nèi)存頁(yè)面的頁(yè)幀進(jìn)行回收，并放回到空閑列表中。AIX 可以使用所有可用的內(nèi)存，除了那些配置為未分配并用做空閑列表的內(nèi)存之外。

需要重申的是，VMM 的目的是管理 RAM 和虛擬頁(yè)面的分配。由此可以看出，它的目標(biāo)是幫助最大限度地縮短缺頁(yè)響應(yīng)時(shí)間，并在可能的情況下減少虛擬內(nèi)存的使用。很顯然，假設(shè)要在 RAM 和分頁(yè)空間之間進(jìn)行選擇，在 RAM 可用的情況下，大多數(shù)人都更希望使用物理內(nèi)存。另外，VMM 還將虛擬內(nèi)存段劃分為兩種不同的類別。它們分別是，使用計(jì)算內(nèi)存的工作段和使用文件內(nèi)存的持久段。了解這兩種類別之間的區(qū)別是非常重要的，因?yàn)檫@將幫助您實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。

計(jì)算內(nèi)存

當(dāng)您的進(jìn)程對(duì)計(jì)算信息進(jìn)行處理時(shí)，將使用到計(jì)算內(nèi)存。這些工作段是臨時(shí)的（暫時(shí)的），并且當(dāng)進(jìn)程終止或者頁(yè)面被替換時(shí)，這些工作段將不復(fù)存在。它們沒(méi)有對(duì)應(yīng)的持久磁盤(pán)存儲(chǔ)位置。在許多情況下，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止時(shí)，將釋放其物理和分頁(yè)空間。當(dāng)可用頁(yè)面出現(xiàn)較大的峰值時(shí)，您可以在監(jiān)視系統(tǒng)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這種情況。在 VMM 中，當(dāng)空閑物理內(nèi)存較少時(shí)，可以將最近沒(méi)有使用的程序從 RAM 移出到分頁(yè)空間，以幫助釋放物理內(nèi)存，從而完成更多的實(shí)際工作。

文件內(nèi)存

與計(jì)算內(nèi)存不同，文件內(nèi)存使用了持久段，并在磁盤(pán)上具有持久存儲(chǔ)位置。數(shù)據(jù)文件或者可執(zhí)行程序通常都映射為持久段，而不是工作段。數(shù)據(jù)文件可能與文件系統(tǒng)相關(guān)，如 JFS、JFS2 或 NFS。它們一直都位于內(nèi)存中，直到文件被卸載、頁(yè)面被替換、或者取消了到文件的鏈接。在將數(shù)據(jù)文件復(fù)制到 RAM 中之后，VMM 控制何時(shí)對(duì)這些頁(yè)面進(jìn)行覆蓋或者將其用于存儲(chǔ)其他數(shù)據(jù)。在可以選擇的情況下，大多數(shù)人更希望將文件內(nèi)存調(diào)出到磁盤(pán)，而不是計(jì)算內(nèi)存。

當(dāng)進(jìn)程引用磁盤(pán)上的某個(gè)頁(yè)面時(shí)，必須將其調(diào)入，而這可能會(huì)導(dǎo)致再次將其他的頁(yè)面調(diào)出。VMM 常駐內(nèi)存并在后臺(tái)運(yùn)行，嘗試替換最近沒(méi)有使用的頁(yè)幀，其中使用到前面介紹的頁(yè)面置換算法。它還可以幫助檢測(cè)系統(tǒng)顛簸，當(dāng)可用內(nèi)存量很低并且不斷地調(diào)入和調(diào)出頁(yè)面以支持任務(wù)的處理時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)顛簸。實(shí)際上，VMM 中提供了一種內(nèi)存負(fù)載控制算法，它可以檢測(cè)系統(tǒng)是否出現(xiàn)顛簸，并嘗試去解決這種情況。如果不加以處理，系統(tǒng)顛簸可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停滯，因?yàn)閮?nèi)核此刻過(guò)分地關(guān)注于為頁(yè)面騰出空間，而不是完成任何有實(shí)際意義的工作。

優(yōu)化

讓我們研究一些相關(guān)的工具，它們?cè)试S您對(duì) VMM 進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。我提供了一個(gè)環(huán)境示例，其中使用了某種方法對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。我還介紹了一些需要注意的關(guān)鍵參數(shù)。

在 AIX 5L? 之前，您可能曾經(jīng)使用過(guò) vmtune 命令對(duì)您的 VMM 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。盡管在 AIX Version 5.2 中提供了 vmo 命令，但 vmtune 命令也可以使用，直到 AIX Version 5.3。在 AIX Version 5.3 中，您不能夠再使用 vmtune 這一命令了。盡管有一些根本的變化您需要了解，但是大多數(shù)實(shí)際參數(shù)都是相同的。

讓我們來(lái)介紹一下 AIX 5L 中頁(yè)幀方面一項(xiàng)重要的變化。從 POWER4 處理器開(kāi)始，AIX 可以支持最大 16MB 的頁(yè)面大小。實(shí)際上，POWER5 芯片支持四種虛擬內(nèi)存頁(yè)面的大?。?KB、64KB、16MB 和 16GB。通過(guò)下面一項(xiàng)簡(jiǎn)單的 vmo 更改，您就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以提供大型的頁(yè)面，從而對(duì)于消耗大量?jī)?nèi)存的應(yīng)用程序極大地提高系統(tǒng)性能。性能之所以得到了改進(jìn)，是因?yàn)樘岣吡?Translation Lookaside Buffer (TLB) 的命中率，這是因?yàn)?TLB 可以映射到更大的虛擬內(nèi)存范圍。例如 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論是聯(lián)機(jī)事務(wù)處理 (OLTP) 或者數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用程序，都可以從大型頁(yè)面的使用中獲益。這是因?yàn)?Oracle 使用了大量的虛擬內(nèi)存，特別是對(duì)于其系統(tǒng)全局區(qū) (SGA)。這里使用的示例是一個(gè)運(yùn)行 AIX Version 5.3 的 p550 LPAR 上的 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。該系統(tǒng)可用于 OLTP 和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

清單 1 中的命令分配了 16777216 字節(jié)以提供 128 個(gè)大型頁(yè)面。

                        # vmo -r -o lgpg_size=16777216 lgpg_regions=128
                        

最重要的 vmo 設(shè)置是 minperm 和 maxperm。將這些參數(shù)設(shè)置為適合您的系統(tǒng)的值，以確保對(duì)計(jì)算內(nèi)存或者文件內(nèi)存進(jìn)行優(yōu)化。在大多數(shù)情況下，您并不希望調(diào)出工作段，因?yàn)檫@樣做會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)行沒(méi)有必要的頁(yè)面調(diào)出，并且會(huì)降低性能。以前，它的工作方式非常簡(jiǎn)單：如果您的文件頁(yè)面 (numperm%) 大于 maxperm%，那么頁(yè)面置換算法將僅替換文件頁(yè)面。當(dāng)它小于 minperm 時(shí)，可以替換文件頁(yè)面和計(jì)算頁(yè)面。如果它的值位于兩者之間，那么將僅替換文件頁(yè)面，除非重分頁(yè)的文件頁(yè)面的數(shù)目大于計(jì)算頁(yè)面。還有另一種方法，如果您的 numperm 大于 maxperm，您可以開(kāi)始替換持久的存儲(chǔ)?；谶@種方法學(xué)，早期的方法是調(diào)整您的 minperm 和 maxperm 參數(shù)，將 maxperm 設(shè)置得比較低（例如，<20），而將 minperm 設(shè)置為 <=10。您可以使用這種方法來(lái)優(yōu)化您的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

所有的這些方法都發(fā)生了變化。新的方法將 maxperm 設(shè)置為一個(gè)比較高的值（例如，>80），并且確保將 lru_file_repage 參數(shù)設(shè)置為 0。lru_file_repage 是在帶 ML4 的 AIX Version 5.2 和 AIX Version 5.3 的 ML1 中首次引入的。這個(gè)參數(shù)說(shuō)明了是否應(yīng)該考慮 VMM 重分頁(yè)計(jì)數(shù)，以及它應(yīng)該替換何種類型的內(nèi)存。其缺省設(shè)置為 1，所以您需要對(duì)它進(jìn)行更改。當(dāng)您將這個(gè)參數(shù)設(shè)置為 0 時(shí)，它將告訴 VMM，您希望它僅替換文件頁(yè)面，而不是計(jì)算頁(yè)面。如果您的 numperm 小于 minperm 或者大于 maxperm，這種情況會(huì)發(fā)生變化，這正是您希望將 maxperm 設(shè)置得較高而將 minperm 設(shè)置得較低的原因。我們不應(yīng)該忘記一個(gè)事實(shí)，對(duì)這個(gè)值進(jìn)行優(yōu)化的主要原因是因?yàn)槟ＭＷo(hù)計(jì)算內(nèi)存?；氐角懊娴氖纠琌racle 使用它自己的緩存，同時(shí)使用 AIX 文件緩存，但是卻產(chǎn)生了混淆，所以您希望停止它。在這個(gè)場(chǎng)景中，如果您打算降低 maxperm，那么您將會(huì)停止正在運(yùn)行的應(yīng)用程序緩存程序。

清單 2 設(shè)置了這些關(guān)鍵的優(yōu)化參數(shù)。

                        vmo -p -o minperm%=5
                        vmo -p -o maxperm%=90
                        vmo -p -o maxclient%=90
                        

盡管您已經(jīng)習(xí)慣于對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行更改，但是現(xiàn)在，您只需保持 strict_maxperm 和 strict_maxclient 的缺省數(shù)值即可。如果將 strict_maxperm 更改為 1，那么它將會(huì)對(duì)可用于持久文件緩存的內(nèi)存量設(shè)置一個(gè)硬限制。通過(guò)將 maxperm 值作為緩存的上限，可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)?，F(xiàn)在，沒(méi)有必要這樣做，因?yàn)楦?lru_file_repage 參數(shù)是一種更加有效的優(yōu)化方法，而您并不希望使用 AIX 文件緩存。

還有兩個(gè)其他的重要參數(shù)需要說(shuō)明，它們是 minfree 和 maxfree。如果空閑列表中的頁(yè)面數(shù)降低到低于 minfree 參數(shù)，那么 VMM 開(kāi)始替換頁(yè)面（只需添加到空閑列表），這樣做并不是很合適。它將繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)操作，直到空閑列表至少包含 maxfree 參數(shù)中指定的頁(yè)面數(shù)。

在較早版本的 AIX 中，當(dāng)缺省 minfree 設(shè)置為 120 時(shí)，通常您將會(huì)看到空閑列表為 120 或者更低，而這將導(dǎo)致進(jìn)行沒(méi)有必要的分頁(yè)，更糟糕的是，會(huì)阻塞那些需要空閑幀的線程，因?yàn)檫@個(gè)值設(shè)置得過(guò)低。要解決這個(gè)問(wèn)題，在 AIX Version 5.3 中，將 minfree 和 maxfree 的缺省值分別提高到 960 和 1088。如果您正在運(yùn)行 AIX Version 5.2 或者更早的版本，我建議進(jìn)行下面的設(shè)置，您可以使用清單 3 中的命令，手動(dòng)地進(jìn)行更改。

                        vmo -p -o minfree=960
                        vmo -p -o maxfree=1088
                        

AIX Version 5.3 內(nèi)存方面的變化和改進(jìn)

讓我們先研究一下 AIX Version 5.3 中與內(nèi)存有關(guān)的一些最新的變化。適當(dāng)?shù)厥褂?AIX Version 5.3 中的內(nèi)存管理增強(qiáng)功能，可以幫助您高效地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。有關(guān)其他的方面，讓我們介紹一下頁(yè)面空間清理、動(dòng)態(tài)的 xmalloc、內(nèi)存關(guān)聯(lián)和 Watson malloc。

• 頁(yè)面空間清理：在某些情況下，這種特性允許系統(tǒng)釋放分頁(yè)空間磁盤(pán)塊，這樣一來(lái)，您就不需要為給定的工作負(fù)載配置相應(yīng)的分頁(yè)空間。僅在使用延遲頁(yè)面空間分配策略時(shí)，才能使用這種特性。
• 動(dòng)態(tài)的 xmalloc 調(diào)試 (xmdbg)：這種特性通過(guò)改進(jìn)內(nèi)存分配的整體診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。。它允許客戶改變收集的診斷內(nèi)存量，而無(wú)需重新啟動(dòng)。
• Watson malloc：與內(nèi)存碎片的缺省實(shí)現(xiàn)相比，這種新的 malloc 子系統(tǒng)能夠快速處理一些小的請(qǐng)求。與缺省實(shí)現(xiàn) Yorktown 相比，它所消耗的內(nèi)存非常少。為了方便調(diào)試，還添加了一些新的特性，以幫助您修復(fù)各種內(nèi)存分配問(wèn)題。
• 改進(jìn)的多種頁(yè)面大小支持：正如前面在優(yōu)化部分中所介紹的，現(xiàn)在有四種不同的頁(yè)面大小可供使用。這些大小分別為：
  • 4KB
  • 64KB
  • 16MB
  • 16GB
• VMM 監(jiān)視工具：一些監(jiān)視工具，如 vmstat 和 svmon，都經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，以便支持 POWER5 體系結(jié)構(gòu)的虛擬化功能?，F(xiàn)在，它們還支持這部分內(nèi)容中所介紹的一些改進(jìn)功能。在本系列文章的第 2 部分中，我將會(huì)詳細(xì)地介紹這些變化，使您能夠深入地了解 AIX 的各種內(nèi)存監(jiān)視工具，以確定瓶頸、以及分析歷史趨勢(shì)和數(shù)據(jù)。
• 內(nèi)存關(guān)聯(lián)：對(duì)于 AIX Version 5.3，您無(wú)法禁用內(nèi)存關(guān)聯(lián)，在 AIX Version 5.2 中也同樣如此。這樣做的目的是，在內(nèi)存模塊中為處理器上產(chǎn)生缺頁(yè)的進(jìn)程提供內(nèi)存分配的功能。在完成了內(nèi)存分配之后，處理器可以首先訪問(wèn)附加到其自身模塊的內(nèi)存，然后查找其他的模塊，這樣可以提高性能。要禁用 AIX Version 5.2 上的內(nèi)存關(guān)聯(lián)支持，您可以使用下面的 vmo 命令： vmo -o memory_affinity=0

您還應(yīng)該注意，不再需要在 rc.tune 中保存任何可調(diào)整的設(shè)置?，F(xiàn)在，新的方法使用 /etc/tunables，這無(wú)疑是一項(xiàng)改進(jìn)。盡管這個(gè)特性是在 AIX Version 5.2 而不是 Version 5.3 中引入的，但是仍然值得在這里進(jìn)行說(shuō)明。

總結(jié)

如前所述，在您對(duì) AIX 進(jìn)行優(yōu)化或監(jiān)視之前，您必須設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)。在進(jìn)行優(yōu)化之后，您必須捕獲數(shù)據(jù)并分析更改所帶來(lái)的結(jié)果。如果沒(méi)有這類信息，您將無(wú)法了解優(yōu)化工作的實(shí)際效果。在本系列文章的第 1 部分中，您了解了所有關(guān)于 AIX 的 VMM 的內(nèi)容及其工作方式。您還對(duì)一個(gè) Oracle 系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，以優(yōu)化內(nèi)存子系統(tǒng)的使用。您研究了一些重要的內(nèi)核參數(shù)、它們的用途以及如何對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，您研究了近年來(lái) AIX Version 5.3 中與內(nèi)存有關(guān)的一些根本變化，包括某些參數(shù)和改進(jìn)。

第 2 部分重點(diǎn)關(guān)注于系統(tǒng)監(jiān)視的細(xì)節(jié)，以確定內(nèi)存瓶頸，分析趨勢(shì)和結(jié)果。第 3 部分重點(diǎn)關(guān)注于交換空間和對(duì) VMM 進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)性能最大化的其他方法。