linux4k

『壹』 linux下ls命令，-h參數具體是有什麼用我ls -h一個目錄，得到大小是4k，可是 -h這個目錄卻是29M.

h選項的意思是生成的結果有利於人看，也就是不是用默認的byte做單位，而是根據實際情況調整。
4K就是4k位元組，就是目錄的真實大小，linux系統中目錄中保存的僅僅是文件的文件名和文件的inode號，相當於保存的是它裡面文件的指針，所以系統會根據目錄中文件名和inode的數量分配若干個block給目錄，而block的大小一般就是4k，如果一個目錄中文件名太多可能會分配2個或多個block給目錄。

『貳』 為什麼linux kernel默認的頁面大小是4K，而不是4M或8M

太多了，我就做一次搬運工了。

相信很多人在看內核內存管理部分的時候，都有這樣一個疑問，為什麼物理頁面的大小選擇4K，而不是大一些或者小一些呢？

這個問題沒有固定的答案，仁者見仁智者見智，每個人的關注點不一樣。所以這篇文章不是說給出一個固定的答案，更多的只是一篇討論性的文章。

內核的頁面大小首先跟CPU有關，不同的架構支持的頁面大小也不相同，但有一個共同點，那就是肯定支持4K的頁面大小。為什麼處理器在設計
的時候會選擇4K，而不是其他，這個只有熟悉CPU歷史的人才能給出答案，本人才疏學淺，回答不上來，有興趣的自己找一找。當然處理器的設計者在考慮頁面
大小的時候，也不是憑空就選擇了這個大小，除了歷史因素，肯定綜合了考慮了大頁面、小頁面的優缺點，所以這里主要列出這些優缺點，通過這些比較來發現內核
為什麼將默認的頁面大小選擇為4K。

現在更多爭論的是大頁面還是維持現在的頁面4K大小，所以小頁面的情況我們就不考慮了，通過比較前兩者也可以得出小頁面的情況。支持大頁面的人通常認為大頁面有以下好處：

1、減小page table佔用的內存。

假設內存一定的話，頁面大小越大，管理頁面佔用的內存也越小。現在內核中每個頁面假設是4K的話，這4K不是全都可用，還有一部分用作
struct
page（大約是64bytes），如果是2.6.32的話，每個頁還有一個page_cgroup（32bytes），也就是說內存大小的2.3%
(96/4096)會被內核固定使用。如果頁面大小是4M的話，這個比率大約是0.0006%。假設內存時64G的話，頁面大小是4K，管理頁佔用的內存
為1.472G，而頁面大小是4M，管理頁面佔用的內存為0.393M。所以頁面比較大時，節省的內存比較多。

2、提高TLB的命中率

每次訪問內存的時候，都要將虛擬地址轉換為物理地址，如果每次都訪問頁表的話，消耗比較大。因此，通常使用TLB來加速這個過程。但是
TLB的可以直接轉換的地址范圍是有限的（具體就是項數乘以頁面大小），一旦出現TLB
miss，這時就必須去頁表中查找。所以，如果是大頁面的話，同樣TLB項數的情況下，可以跟蹤更大的內存。

3、提高磁碟I/O

我們知道在訪問磁碟時，最耗時的操作就是查找寫入盤區的起始位置，也就是在磁碟碟片上將讀寫頭置於正確的位置上。所以如果是大頁面的話，可以減少寫入磁碟的次數。比如要寫入4M的緩存，頁面大小是4M的話，只需寫入1次，而頁面大小是4K的話，則需要寫入4次。

4、提供緩存利用率

如果是大頁面的話，可以減少訪問夥伴系統的次數。調用夥伴系統的操作隊系統的數據和指令高速緩存有相當的影響。內核越浪費這些資源，這些資源對用戶空間進程就越不可用。

除了上面提高的好處，肯定還有的好處，就不一一列舉了。那既然有這么好處，而且現在內存越來越大，為什麼不更多地採用大頁面呢？比如4M？

軟體開發中，從來不會有非常完美的方案，都是在優缺點之間找到平衡點。同樣，大頁面有這樣那樣的好處，缺點也很明顯。

1、最大的問題就是內存浪費，而且這個問題非常嚴重。比如這時要分配的內存是4M+1byte，這時需要兩個頁面才能滿足分配的需要，這個
時候浪費的內存為4M-1byte。如果頁面是4K的話，浪費的內存數量為4k-1byte。頁面太大，可能導致每個頁面都只使用了部分空間，剩餘的空間
就被浪費了。當然對於資料庫這樣的系統來說，頁面越大會越好，但是內核要考慮到通用的情況，而不是專注於特殊的應用場景。再比如，現在系統都是只分配虛擬
地址空間，虛擬地址空間只有在真正被訪問的時候，才映射物理頁面，而且為了減少物理頁面的浪費，對不訪問的部分，則不作映射。如果頁面太大，在映射很小的
部分時，分配的內存會越大，浪費也就越大。系統在運行時，會頻繁地請求內存頁的操作，這樣導致潛在的浪費會非常嚴重。這樣的浪費會完全抵消減小page
table的優勢。

2、頁面太大，會導致大量的內存碎片。因為底層的內存管理是以頁面為單位。如果系統運行了很長時間，空閑的內存很多，但是連續的內存塊都小
於要分配的頁面數。這時可以通過移動內存塊或者利用swap來獲取可用內存，但是會導致分配內存的操作很慢，這種慢會形成惡性循環，嚴重影響系統的性能。
如果是小頁面的話，內存的利用會比較緊湊，分配頁面時需要的連續內存塊的大小不像大頁面那樣需要的那麼大。

3、如果CPU崩潰，TLB可以訪問的內存越大，對系統的影響也越大。這時一把雙刃劍，大頁面可以提供TLB訪問的內存數量，但是CPU崩潰時，會導致很多內存訪問要去頁表中請求物理地址。

4、兼容性問題。X86處理器支持的頁面大小隻有4K，所以如果頁面過大的話，會導致兼容性問題。

5、如果頁面太大，在將內存頁換出到swap分區時，需要換出的內存也就越大，會影響性能。

總之，這個頁面大小4K是在計算機發展過程中選擇的，也是在實踐中經過檢驗的，現在看來這個頁面是合適的。