KSM

Overview

KSM（Kernel Same-page Merging）是 Linux 内核中的一个内存优化机制，主要用于在多个进程之间合并相同内容的内存页，从而减少物理内存的使用。

工作原理

1. 扫描内存：KSM定期扫描内存中的页面。

2. 建立哈希表：对于相同的页面内容，KSM会在内部建立哈希表进行追踪。

3. 合并页面：一旦有两个或多个页面的内容相同，KSM会将它们合并为一个单独的共享页面。

4. 写时复制：如果共享页面中的一个进程需要对其内容进行更改，会触发写时复制机制，为该进程分配一个新的页面。

优势

• 内存节省：通过只存储一个副本，KSM有效减少内存冗余。

• 性能提升：特别对于虚拟机环境，KSM可以显著提高内存的使用效率和系统性能。

历史演进

KSM 最初是为 KVM 虚拟化环境开发的（当时称为 Kernel Shared Memory），目的是通过共享虚拟机之间相同的数据页来节省物理内存。

它在 Linux 内核 2.6.32 版本中正式合入主线，发布时间为 2009 年 12 月 3 日

以下是近几年 KSM 的主要改进，摘自 devkernel.io 的版本变更记录

• 6.12：移除 PageSwapCache。

• 6.11：优化快速变化页的处理，避免浪费时间在稳定树搜索。

• 6.10：开始向 folio 架构过渡，修复 ksm_zero_pages 和 ksm_pages_scanned 的统计问题。

• 6.8：引入 KSM advisor，可动态调整 KSM 设置；增加 tracepoint 和 sysfs 接口。

• 6.7：新增 pages_skipped 指标；引入 “smart scan” 模式，跳过之前未成功去重的页。

• 6.6：在 /proc/<pid>/smaps 中加入 KSM 统计信息；支持 unsharing KSM-placed zero pages。

• 6.4：新增 general_profit 和 process_profit 指标；支持按进程启用 KSM。

建议类型（advice）	说明
MADV_NORMAL	默认行为，适度预读数据。适合一般访问模式。
MADV_RANDOM	随机访问，尽量少读数据，避免浪费资源。
MADV_SEQUENTIAL	顺序访问，多预读数据，访问后可快速释放。
MADV_WILLNEED	即将使用，提前加载内存页。
MADV_DONTNEED	不再使用，允许内核回收内存资源。
MADV_FREE	标记为“懒释放”，等内存紧张时再清理。
MADV_REMOVE	彻底释放内存及其后端存储。
MADV_DONTFORK	fork 时不复制这段内存，避免不必要的开销。
MADV_DOFORK	取消 DONTFORK，恢复复制行为。
MADV_WIPEONFORK	fork 后子进程看到的是清零的内存。
MADV_KEEPONFORK	取消 WIPEONFORK，保留原始内容。
MADV_HWPOISON	模拟硬件内存错误，触发错误处理流程。
MADV_SOFT_OFFLINE	尝试软下线内存页，避免后续使用。
MADV_MERGEABLE	建议 KSM 合并内容相同的内存页。
MADV_UNMERGEABLE	禁止 KSM 合并这段内存页。
MADV_HUGEPAGE	尝试使用透明大页（THP）优化性能。
MADV_NOHUGEPAGE	禁止使用透明大页。
MADV_COLLAPSE	立即将普通页合并为大页。
MADV_DONTDUMP	防止这段内存被包含在 core dump 中。
MADV_DODUMP	允许这段内存被包含在 core dump 中。
MADV_COLD	暂时不会用，标记为“冷页”，便于回收。
MADV_PAGEOUT	立即将这段内存页写回磁盘。
MADV_POPULATE_READ	预加载可读页表，触发读页错误以加载。
MADV_POPULATE_WRITE	预加载可写页表，触发写页错误以加载。