Merge tag 'linux-kselftest-kunit-fixes-5.11-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm...
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / admin-guide / mm / hugetlbpage.rst
blobf7b1c746299119860e1cc10c1cbde37af254035e
1 .. _hugetlbpage:
3 =============
4 HugeTLB Pages
5 =============
7 Overview
8 ========
10 The intent of this file is to give a brief summary of hugetlbpage support in
11 the Linux kernel.  This support is built on top of multiple page size support
12 that is provided by most modern architectures.  For example, x86 CPUs normally
13 support 4K and 2M (1G if architecturally supported) page sizes, ia64
14 architecture supports multiple page sizes 4K, 8K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M,
15 256M and ppc64 supports 4K and 16M.  A TLB is a cache of virtual-to-physical
16 translations.  Typically this is a very scarce resource on processor.
17 Operating systems try to make best use of limited number of TLB resources.
18 This optimization is more critical now as bigger and bigger physical memories
19 (several GBs) are more readily available.
21 Users can use the huge page support in Linux kernel by either using the mmap
22 system call or standard SYSV shared memory system calls (shmget, shmat).
24 First the Linux kernel needs to be built with the CONFIG_HUGETLBFS
25 (present under "File systems") and CONFIG_HUGETLB_PAGE (selected
26 automatically when CONFIG_HUGETLBFS is selected) configuration
27 options.
29 The ``/proc/meminfo`` file provides information about the total number of
30 persistent hugetlb pages in the kernel's huge page pool.  It also displays
31 default huge page size and information about the number of free, reserved
32 and surplus huge pages in the pool of huge pages of default size.
33 The huge page size is needed for generating the proper alignment and
34 size of the arguments to system calls that map huge page regions.
36 The output of ``cat /proc/meminfo`` will include lines like::
38         HugePages_Total: uuu
39         HugePages_Free:  vvv
40         HugePages_Rsvd:  www
41         HugePages_Surp:  xxx
42         Hugepagesize:    yyy kB
43         Hugetlb:         zzz kB
45 where:
47 HugePages_Total
48         is the size of the pool of huge pages.
49 HugePages_Free
50         is the number of huge pages in the pool that are not yet
51         allocated.
52 HugePages_Rsvd
53         is short for "reserved," and is the number of huge pages for
54         which a commitment to allocate from the pool has been made,
55         but no allocation has yet been made.  Reserved huge pages
56         guarantee that an application will be able to allocate a
57         huge page from the pool of huge pages at fault time.
58 HugePages_Surp
59         is short for "surplus," and is the number of huge pages in
60         the pool above the value in ``/proc/sys/vm/nr_hugepages``. The
61         maximum number of surplus huge pages is controlled by
62         ``/proc/sys/vm/nr_overcommit_hugepages``.
63 Hugepagesize
64         is the default hugepage size (in Kb).
65 Hugetlb
66         is the total amount of memory (in kB), consumed by huge
67         pages of all sizes.
68         If huge pages of different sizes are in use, this number
69         will exceed HugePages_Total \* Hugepagesize. To get more
70         detailed information, please, refer to
71         ``/sys/kernel/mm/hugepages`` (described below).
74 ``/proc/filesystems`` should also show a filesystem of type "hugetlbfs"
75 configured in the kernel.
77 ``/proc/sys/vm/nr_hugepages`` indicates the current number of "persistent" huge
78 pages in the kernel's huge page pool.  "Persistent" huge pages will be
79 returned to the huge page pool when freed by a task.  A user with root
80 privileges can dynamically allocate more or free some persistent huge pages
81 by increasing or decreasing the value of ``nr_hugepages``.
83 Pages that are used as huge pages are reserved inside the kernel and cannot
84 be used for other purposes.  Huge pages cannot be swapped out under
85 memory pressure.
87 Once a number of huge pages have been pre-allocated to the kernel huge page
88 pool, a user with appropriate privilege can use either the mmap system call
89 or shared memory system calls to use the huge pages.  See the discussion of
90 :ref:`Using Huge Pages <using_huge_pages>`, below.
92 The administrator can allocate persistent huge pages on the kernel boot
93 command line by specifying the "hugepages=N" parameter, where 'N' = the
94 number of huge pages requested.  This is the most reliable method of
95 allocating huge pages as memory has not yet become fragmented.
97 Some platforms support multiple huge page sizes.  To allocate huge pages
98 of a specific size, one must precede the huge pages boot command parameters
99 with a huge page size selection parameter "hugepagesz=<size>".  <size> must
100 be specified in bytes with optional scale suffix [kKmMgG].  The default huge
101 page size may be selected with the "default_hugepagesz=<size>" boot parameter.
103 Hugetlb boot command line parameter semantics
105 hugepagesz
106         Specify a huge page size.  Used in conjunction with hugepages
107         parameter to preallocate a number of huge pages of the specified
108         size.  Hence, hugepagesz and hugepages are typically specified in
109         pairs such as::
111                 hugepagesz=2M hugepages=512
113         hugepagesz can only be specified once on the command line for a
114         specific huge page size.  Valid huge page sizes are architecture
115         dependent.
116 hugepages
117         Specify the number of huge pages to preallocate.  This typically
118         follows a valid hugepagesz or default_hugepagesz parameter.  However,
119         if hugepages is the first or only hugetlb command line parameter it
120         implicitly specifies the number of huge pages of default size to
121         allocate.  If the number of huge pages of default size is implicitly
122         specified, it can not be overwritten by a hugepagesz,hugepages
123         parameter pair for the default size.
125         For example, on an architecture with 2M default huge page size::
127                 hugepages=256 hugepagesz=2M hugepages=512
129         will result in 256 2M huge pages being allocated and a warning message
130         indicating that the hugepages=512 parameter is ignored.  If a hugepages
131         parameter is preceded by an invalid hugepagesz parameter, it will
132         be ignored.
133 default_hugepagesz
134         Specify the default huge page size.  This parameter can
135         only be specified once on the command line.  default_hugepagesz can
136         optionally be followed by the hugepages parameter to preallocate a
137         specific number of huge pages of default size.  The number of default
138         sized huge pages to preallocate can also be implicitly specified as
139         mentioned in the hugepages section above.  Therefore, on an
140         architecture with 2M default huge page size::
142                 hugepages=256
143                 default_hugepagesz=2M hugepages=256
144                 hugepages=256 default_hugepagesz=2M
146         will all result in 256 2M huge pages being allocated.  Valid default
147         huge page size is architecture dependent.
149 When multiple huge page sizes are supported, ``/proc/sys/vm/nr_hugepages``
150 indicates the current number of pre-allocated huge pages of the default size.
151 Thus, one can use the following command to dynamically allocate/deallocate
152 default sized persistent huge pages::
154         echo 20 > /proc/sys/vm/nr_hugepages
156 This command will try to adjust the number of default sized huge pages in the
157 huge page pool to 20, allocating or freeing huge pages, as required.
159 On a NUMA platform, the kernel will attempt to distribute the huge page pool
160 over all the set of allowed nodes specified by the NUMA memory policy of the
161 task that modifies ``nr_hugepages``. The default for the allowed nodes--when the
162 task has default memory policy--is all on-line nodes with memory.  Allowed
163 nodes with insufficient available, contiguous memory for a huge page will be
164 silently skipped when allocating persistent huge pages.  See the
165 :ref:`discussion below <mem_policy_and_hp_alloc>`
166 of the interaction of task memory policy, cpusets and per node attributes
167 with the allocation and freeing of persistent huge pages.
169 The success or failure of huge page allocation depends on the amount of
170 physically contiguous memory that is present in system at the time of the
171 allocation attempt.  If the kernel is unable to allocate huge pages from
172 some nodes in a NUMA system, it will attempt to make up the difference by
173 allocating extra pages on other nodes with sufficient available contiguous
174 memory, if any.
176 System administrators may want to put this command in one of the local rc
177 init files.  This will enable the kernel to allocate huge pages early in
178 the boot process when the possibility of getting physical contiguous pages
179 is still very high.  Administrators can verify the number of huge pages
180 actually allocated by checking the sysctl or meminfo.  To check the per node
181 distribution of huge pages in a NUMA system, use::
183         cat /sys/devices/system/node/node*/meminfo | fgrep Huge
185 ``/proc/sys/vm/nr_overcommit_hugepages`` specifies how large the pool of
186 huge pages can grow, if more huge pages than ``/proc/sys/vm/nr_hugepages`` are
187 requested by applications.  Writing any non-zero value into this file
188 indicates that the hugetlb subsystem is allowed to try to obtain that
189 number of "surplus" huge pages from the kernel's normal page pool, when the
190 persistent huge page pool is exhausted. As these surplus huge pages become
191 unused, they are freed back to the kernel's normal page pool.
193 When increasing the huge page pool size via ``nr_hugepages``, any existing
194 surplus pages will first be promoted to persistent huge pages.  Then, additional
195 huge pages will be allocated, if necessary and if possible, to fulfill
196 the new persistent huge page pool size.
198 The administrator may shrink the pool of persistent huge pages for
199 the default huge page size by setting the ``nr_hugepages`` sysctl to a
200 smaller value.  The kernel will attempt to balance the freeing of huge pages
201 across all nodes in the memory policy of the task modifying ``nr_hugepages``.
202 Any free huge pages on the selected nodes will be freed back to the kernel's
203 normal page pool.
205 Caveat: Shrinking the persistent huge page pool via ``nr_hugepages`` such that
206 it becomes less than the number of huge pages in use will convert the balance
207 of the in-use huge pages to surplus huge pages.  This will occur even if
208 the number of surplus pages would exceed the overcommit value.  As long as
209 this condition holds--that is, until ``nr_hugepages+nr_overcommit_hugepages`` is
210 increased sufficiently, or the surplus huge pages go out of use and are freed--
211 no more surplus huge pages will be allowed to be allocated.
213 With support for multiple huge page pools at run-time available, much of
214 the huge page userspace interface in ``/proc/sys/vm`` has been duplicated in
215 sysfs.
216 The ``/proc`` interfaces discussed above have been retained for backwards
217 compatibility. The root huge page control directory in sysfs is::
219         /sys/kernel/mm/hugepages
221 For each huge page size supported by the running kernel, a subdirectory
222 will exist, of the form::
224         hugepages-${size}kB
226 Inside each of these directories, the same set of files will exist::
228         nr_hugepages
229         nr_hugepages_mempolicy
230         nr_overcommit_hugepages
231         free_hugepages
232         resv_hugepages
233         surplus_hugepages
235 which function as described above for the default huge page-sized case.
237 .. _mem_policy_and_hp_alloc:
239 Interaction of Task Memory Policy with Huge Page Allocation/Freeing
240 ===================================================================
242 Whether huge pages are allocated and freed via the ``/proc`` interface or
243 the ``/sysfs`` interface using the ``nr_hugepages_mempolicy`` attribute, the
244 NUMA nodes from which huge pages are allocated or freed are controlled by the
245 NUMA memory policy of the task that modifies the ``nr_hugepages_mempolicy``
246 sysctl or attribute.  When the ``nr_hugepages`` attribute is used, mempolicy
247 is ignored.
249 The recommended method to allocate or free huge pages to/from the kernel
250 huge page pool, using the ``nr_hugepages`` example above, is::
252     numactl --interleave <node-list> echo 20 \
253                                 >/proc/sys/vm/nr_hugepages_mempolicy
255 or, more succinctly::
257     numactl -m <node-list> echo 20 >/proc/sys/vm/nr_hugepages_mempolicy
259 This will allocate or free ``abs(20 - nr_hugepages)`` to or from the nodes
260 specified in <node-list>, depending on whether number of persistent huge pages
261 is initially less than or greater than 20, respectively.  No huge pages will be
262 allocated nor freed on any node not included in the specified <node-list>.
264 When adjusting the persistent hugepage count via ``nr_hugepages_mempolicy``, any
265 memory policy mode--bind, preferred, local or interleave--may be used.  The
266 resulting effect on persistent huge page allocation is as follows:
268 #. Regardless of mempolicy mode [see
269    :ref:`Documentation/admin-guide/mm/numa_memory_policy.rst <numa_memory_policy>`],
270    persistent huge pages will be distributed across the node or nodes
271    specified in the mempolicy as if "interleave" had been specified.
272    However, if a node in the policy does not contain sufficient contiguous
273    memory for a huge page, the allocation will not "fallback" to the nearest
274    neighbor node with sufficient contiguous memory.  To do this would cause
275    undesirable imbalance in the distribution of the huge page pool, or
276    possibly, allocation of persistent huge pages on nodes not allowed by
277    the task's memory policy.
279 #. One or more nodes may be specified with the bind or interleave policy.
280    If more than one node is specified with the preferred policy, only the
281    lowest numeric id will be used.  Local policy will select the node where
282    the task is running at the time the nodes_allowed mask is constructed.
283    For local policy to be deterministic, the task must be bound to a cpu or
284    cpus in a single node.  Otherwise, the task could be migrated to some
285    other node at any time after launch and the resulting node will be
286    indeterminate.  Thus, local policy is not very useful for this purpose.
287    Any of the other mempolicy modes may be used to specify a single node.
289 #. The nodes allowed mask will be derived from any non-default task mempolicy,
290    whether this policy was set explicitly by the task itself or one of its
291    ancestors, such as numactl.  This means that if the task is invoked from a
292    shell with non-default policy, that policy will be used.  One can specify a
293    node list of "all" with numactl --interleave or --membind [-m] to achieve
294    interleaving over all nodes in the system or cpuset.
296 #. Any task mempolicy specified--e.g., using numactl--will be constrained by
297    the resource limits of any cpuset in which the task runs.  Thus, there will
298    be no way for a task with non-default policy running in a cpuset with a
299    subset of the system nodes to allocate huge pages outside the cpuset
300    without first moving to a cpuset that contains all of the desired nodes.
302 #. Boot-time huge page allocation attempts to distribute the requested number
303    of huge pages over all on-lines nodes with memory.
305 Per Node Hugepages Attributes
306 =============================
308 A subset of the contents of the root huge page control directory in sysfs,
309 described above, will be replicated under each the system device of each
310 NUMA node with memory in::
312         /sys/devices/system/node/node[0-9]*/hugepages/
314 Under this directory, the subdirectory for each supported huge page size
315 contains the following attribute files::
317         nr_hugepages
318         free_hugepages
319         surplus_hugepages
321 The free\_' and surplus\_' attribute files are read-only.  They return the number
322 of free and surplus [overcommitted] huge pages, respectively, on the parent
323 node.
325 The ``nr_hugepages`` attribute returns the total number of huge pages on the
326 specified node.  When this attribute is written, the number of persistent huge
327 pages on the parent node will be adjusted to the specified value, if sufficient
328 resources exist, regardless of the task's mempolicy or cpuset constraints.
330 Note that the number of overcommit and reserve pages remain global quantities,
331 as we don't know until fault time, when the faulting task's mempolicy is
332 applied, from which node the huge page allocation will be attempted.
334 .. _using_huge_pages:
336 Using Huge Pages
337 ================
339 If the user applications are going to request huge pages using mmap system
340 call, then it is required that system administrator mount a file system of
341 type hugetlbfs::
343   mount -t hugetlbfs \
344         -o uid=<value>,gid=<value>,mode=<value>,pagesize=<value>,size=<value>,\
345         min_size=<value>,nr_inodes=<value> none /mnt/huge
347 This command mounts a (pseudo) filesystem of type hugetlbfs on the directory
348 ``/mnt/huge``.  Any file created on ``/mnt/huge`` uses huge pages.
350 The ``uid`` and ``gid`` options sets the owner and group of the root of the
351 file system.  By default the ``uid`` and ``gid`` of the current process
352 are taken.
354 The ``mode`` option sets the mode of root of file system to value & 01777.
355 This value is given in octal. By default the value 0755 is picked.
357 If the platform supports multiple huge page sizes, the ``pagesize`` option can
358 be used to specify the huge page size and associated pool. ``pagesize``
359 is specified in bytes. If ``pagesize`` is not specified the platform's
360 default huge page size and associated pool will be used.
362 The ``size`` option sets the maximum value of memory (huge pages) allowed
363 for that filesystem (``/mnt/huge``). The ``size`` option can be specified
364 in bytes, or as a percentage of the specified huge page pool (``nr_hugepages``).
365 The size is rounded down to HPAGE_SIZE boundary.
367 The ``min_size`` option sets the minimum value of memory (huge pages) allowed
368 for the filesystem. ``min_size`` can be specified in the same way as ``size``,
369 either bytes or a percentage of the huge page pool.
370 At mount time, the number of huge pages specified by ``min_size`` are reserved
371 for use by the filesystem.
372 If there are not enough free huge pages available, the mount will fail.
373 As huge pages are allocated to the filesystem and freed, the reserve count
374 is adjusted so that the sum of allocated and reserved huge pages is always
375 at least ``min_size``.
377 The option ``nr_inodes`` sets the maximum number of inodes that ``/mnt/huge``
378 can use.
380 If the ``size``, ``min_size`` or ``nr_inodes`` option is not provided on
381 command line then no limits are set.
383 For ``pagesize``, ``size``, ``min_size`` and ``nr_inodes`` options, you can
384 use [G|g]/[M|m]/[K|k] to represent giga/mega/kilo.
385 For example, size=2K has the same meaning as size=2048.
387 While read system calls are supported on files that reside on hugetlb
388 file systems, write system calls are not.
390 Regular chown, chgrp, and chmod commands (with right permissions) could be
391 used to change the file attributes on hugetlbfs.
393 Also, it is important to note that no such mount command is required if
394 applications are going to use only shmat/shmget system calls or mmap with
395 MAP_HUGETLB.  For an example of how to use mmap with MAP_HUGETLB see
396 :ref:`map_hugetlb <map_hugetlb>` below.
398 Users who wish to use hugetlb memory via shared memory segment should be
399 members of a supplementary group and system admin needs to configure that gid
400 into ``/proc/sys/vm/hugetlb_shm_group``.  It is possible for same or different
401 applications to use any combination of mmaps and shm* calls, though the mount of
402 filesystem will be required for using mmap calls without MAP_HUGETLB.
404 Syscalls that operate on memory backed by hugetlb pages only have their lengths
405 aligned to the native page size of the processor; they will normally fail with
406 errno set to EINVAL or exclude hugetlb pages that extend beyond the length if
407 not hugepage aligned.  For example, munmap(2) will fail if memory is backed by
408 a hugetlb page and the length is smaller than the hugepage size.
411 Examples
412 ========
414 .. _map_hugetlb:
416 ``map_hugetlb``
417         see tools/testing/selftests/vm/map_hugetlb.c
419 ``hugepage-shm``
420         see tools/testing/selftests/vm/hugepage-shm.c
422 ``hugepage-mmap``
423         see tools/testing/selftests/vm/hugepage-mmap.c
425 The `libhugetlbfs`_  library provides a wide range of userspace tools
426 to help with huge page usability, environment setup, and control.
428 .. _libhugetlbfs: https://github.com/libhugetlbfs/libhugetlbfs