深度剖析Linux系统2.6内核改进的内存管理(3)

反向映射还带来了一些其他的复杂性。当页被一个进程映射时，必须为所有那些页建立反向映射。同样，当一个进程释放对页的映射时，相应的映射也必须都删除掉。这在退出时尤其常见。所有这些操作都必须在锁定情况下进行。对那些执行很多派生和退出的应用程序来说，这可能会非常浪费并且增加很多开销。
尽管有一些折衷，但可以证明反向映射是对 Linux 内存管理器的一个颇有价值的修改。通过这一途径，查找定位映射某个页的进程这一严重瓶颈被最小化为只需要一个简单的操作。当大型应用程序向内核请求大量内存和多个进程共享内存时，反向映射帮助系统继续有效地运行和扩展。当前还有更多对反向映射的改进正在研究中，可能会出现在未来的 Linux 内核版本中。
大内存页
典型地，内存管理器在 x86 系统上处理的内存页为 4 KB。实际的页大小是与体系结构相关的。对大部分用途来说，内存管理器以这样大小的页来管理内存是最有效的。不过，有一些应用程序要使用特别多的内存。大型数据库就是其中一个常见的例子。由于每个页都要由每个进程映射，必须创建页表条目来将虚拟地址映射到物理地址。如果您的一个进程要使用 4KB 的页来映射 1 GB 内存，这将用到 262,144 个页表条目来保持对那些页的追踪。如果每个页表条目消耗 8 个字节，那些每映射 1 GB 内存需要 2 MB 的开销。这本身就已经是非常可观的开销了，不过，如果有多个进程共享那些内存时，问题会变得更严重。在这种情况下，每个映射到同一块 1 GB 内存的进程将为页表条目付出自己 2 MB 的代价。如果有足够多的进程，内存在开销上的浪费可能会超过应用程序请求使用的内存数量。
解决这一问题的一个方法是使用更大的页。大部分新的处理器都支持至少一个小的和一个大的内存页大小。在 x86 上，大内存页的大小是 4 MB，或者，在物理地址扩展（PAE）打开的系统上是 2 MB。假定在前面的中使用页大小为 4 MB 的大内存页，同样 1 GB 内存只用 256 个页表条目就可以映射，而不需要 262,144 个。这样开销从 2 MB 变为 2,048 个字节。
大内存页的使用还可以通过减少 变换索引缓冲（translation lookaside buffer, TLB） 的失败次数来提高性能。TLB 是一种页表的高速缓存，让那些在表中列出的页可以更快地进行虚拟地址到物理地址的转换。大内存页可以用更少的实际页来提供更多的内存，相当于较小的页大小，使用的大内存页越多，就有越多的内存可以通过 TLB 引用。
在高端内存中存储页表条目
在 32 位机器上页表通常只可以存储在低端内存中。低端内存只限于物理内存的前 896 MB，同时还要满足内核其余的大部分要求。在应用程序使用了大量进程并映射了大量内存的情况下，低端内存可能很快就不够用了。