让 PHP7 更快之 Hugepage 详解

PHP7刚刚发布了RC4, 包含一些bug修复和一个我们最新的性能提升成果（NEWS），那就是"HugePageFy PHP TEXT segment"，通过启用这个特性，PHP7会把自身的TEXT段（执行体）”挪“到Huagepage上，之前的测试，我们能稳定的在Wordpress上看到2%~3%的QPS提升。

关于Hugepage是啥，简单的说下就是默认的内存是以4KB分页的，而虚拟地址和内存地址是需要转换的，而这个转换是要查表的，CPU为了加速这个查表过程都会内建TLB（Translation Lookaside Buffer），显而易见如果虚拟页越小，表里的条目数也就越多，而TLB大小是有限的，条目数越多TLB的Cache Miss也就会越高，所以如果我们能启用大内存页就能间接降低这个TLB Cache Miss，至于详细的介绍，Google一搜一大堆我就不赘述了，这里主要说明下如何启用这个新特性，从而带来明显的性能提升。

新的Kernel启用Hugepage已经变得非常容易了，以我的开发虚拟机为例(Ubuntu Server 14.04，Kernel 3.13.0-45), 如果我们查看内存信息：

$ cat /proc/meminfo | grep Huge
AnonHugePages:    444416 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB

可见一个Hugepage的size是2MB, 而当前并没有启用HugePages. 现在让我们先编译PHP RC4, 记得一定不要加： --disable-huge-code-pages （这个新特性是默认启用的，你加了这个就关了）

然后配置opcache, 从PHP5.5开始Opcache已经是默认启用编译的，但是是编译动态库的，所以我们还是要在php.ini中配置加载下。

zend_extension=opcache.so

这个新特性是做在Opcache里的，所以也要通过Opcache启用这个特性（通过设置opcache.huge_code_pages=1），具体的配置：

opcache.huge_code_pages=1

现在让我们配置OS，分配一些Hugepages：

$ sudo sysctl vm.nr_hugepages=128
vm.nr_hugepages = 128

现在让我们再次检查内存信息:

$ cat /proc/meminfo | grep Huge
AnonHugePages:    444416 kB
HugePages_Total:     128
HugePages_Free:      128
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB

可以看到我们分配的128个Hugepages已经就绪了，然后我们来启动php-fpm:

$ /home/huixinchen/local/php7/sbin/php-fpm
[01-Oct-2015 09:33:27] NOTICE: [pool www] 'user' directive is ignored when FPM is not running as root
[01-Oct-2015 09:33:27] NOTICE: [pool www] 'group' directive is ignored when FPM is not running as root

现在，再次检查内存信息:

$ cat /proc/meminfo | grep Huge
AnonHugePages:    411648 kB
HugePages_Total:     128
HugePages_Free:      113
HugePages_Rsvd:       27
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB

说到这里，如果Hugepages可用，其实Opcache也会用Hugepages来存储opcodes缓存，所以为了验证opcache.huge_code_pages确实生效，我们不妨关闭opcache.huge_code_pages, 然后再启动一次后看内存信息：

$ cat /proc/meminfo | grep Huge
AnonHugePages:    436224 kB
HugePages_Total:     128
HugePages_Free:      117
HugePages_Rsvd:       27
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB

可见开启了huge_code_pages以后， fpm启动后多用了4个pages, 现在我们检查下php-fpm的text大小：

$ size /home/huixinchen/local/php7/sbin/php-fpm
   text        data         bss         dec         hex     filename
10114565      695200      131528     10941293      a6f36d     /home/huixinchen/local/php7/sbin/php-fpm

可见text段有10114565个字节大小，总共需要占用4.8个左右的2M的pages，考虑到对齐以后（尾部不足2M Page部分不挪动），申请4个pages，正好和我们看到的相符。

说明配置成功！ Enjoy

但是有言在先，启用此特性以后，会造成一个问题就是你如果尝试通过Perf report/anno 去profiling的时候，会发现符号丢失(valgrind, gdb不受影响), 这个主要原因是Perf的设计采用监听了mmap，然后记录地址范围，做IP到符号的转换，但是目前HugeTLB只支持MAP_ANON，所以导致Perf认为这部分地址没有符号信息，希望以后版本的Kernel可以修复这个限制吧..

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