Java 寻找最佳页面大小

操作系统有一个被称为最佳页面大小的概念，它受许多变量的影响，例如系统架构、可用的物理内存量和正在运行的应用程序的工作负载。

步骤/方法

以下步骤可用于找到理想的页面大小：

步骤1：确定系统的设计： 不同的CPU设计支持不同的页面大小。例如，x86 CPU通常提供4KB的页面大小，而ARM CPU支持4KB、16KB或64KB的页面大小。

步骤2：计算物理内存容量： 理想的页面大小取决于物理内存容量。较大的页面大小可以通过减少所需的页表项数量来提高性能，但如果页面仅被部分使用，它们也会增加内存浪费的可能性。如果机器具有大量的物理内存，较大的页面大小可能更合适。

步骤3：检查应用程序的工作负载： 这很重要，因为它会影响网站的大小。例如，如果工作负载包括许多小的内存分配，较小的页面大小可能更合适。另一方面，如果工作负载需要大内存分配或处理大文件，则较大的页面大小可能更合适。

步骤4：检查不同的大小： 在了解系统架构、物理内存量和应用程序的工作负载之后，尝试使用不同的页面大小来找到最佳页面大小。在许多操作系统上可以设置页面大小，因此您可以尝试不同的值并测量系统速度，以确定哪个页面大小最有效。

步骤5：监控系统性能： 在设置页面大小后，您应该监控系统性能以确保其满足您的要求。如果发现性能问题，您可能需要调整页面大小或调查其他系统参数以提高性能。

以下是计算系统最佳页面大小的几个场景：

场景1

一个系统具有8GB的物理内存和涉及许多小的内存分配的工作负载。我们可以使用以下公式计算最佳页面大小：

Page size = sqrt(2 x Physical memory / Number of page table entries)

对于这个例子，我们假设每个页面表项的大小为4KB。将这些值带入计算，我们得到：

Page size  = sqrt(2 x 8GB / (8 x 1024 x 1024 x 1024 / 4KB))
      = sqrt(17179869184 / 2097152)
      = sqrt(8192)
              = 90.51 bytes

在这种情况下，最佳页面大小应为4KB，因为它是最接近90.51字节的标准页面大小。

场景2

一个系统拥有16GB的物理内存，并且工作负载涉及处理大文件。我们可以使用下面的公式来计算最佳页面大小：

Page size = (Physical memory / Number of page table entries) / 2

假设我们有2MB的页面表项。插入数值，我们得到：

Page size  = (16GB / (16 x 1024 x 1024 x 1024 / 2MB)) / 2
      = (16GB / 8192) / 2
      = 2MB

在这种情况下，最佳的页面大小应该是2MB，因为它与页面表项的大小相同，并且适合处理大文件。

场景3

一个系统有4GB的物理内存，负载包含了小和大内存分配的混合。我们可以使用以下公式计算最佳的页面大小：

Page size = sqrt(2 x Physical memory x Average allocation size / Number of page table entries)

假设我们有4KB的页表项和平均分配大小为2KB. 插入这些数值，我们得到：

Page size = sqrt(2 x 4GB x 2KB / (4 x 1024 x 1024 x 1024 / 4KB))
      = sqrt(8589934592 / 1048576)
      = sqrt(8192)
      = 90.51 bytes

在这种情况下，最佳的页面大小应为4KB，因为它是距离90.51字节最近的标准页面大小，适用于小部分和大部分内存分配的混合情况。

伪代码

以下是找到最佳页面大小的伪代码：

// Set default values
page_sizes = [4KB, 8KB, 16KB, 32KB, 64KB]
physical_memory = get_physical_memory()
average_allocation_size = get_average_allocation_size()
number_of_page_table_entries = get_number_of_page_table_entries()

// Calculate optimal page size for each page size
for page_size in page_sizes:
    page_table_entry_size = page_size / 4KB  // Assume 4KB page table entries
    optimal_page_size = sqrt(2 * physical_memory * average_allocation_size / (number_of_page_table_entries * page_table_entry_size))
    print("Optimal page size for", page_size, "is", optimal_page_size, "bytes")

// Choose the page size with the lowest optimal page size
min_optimal_page_size = float('inf')
for page_size, optimal_page_size in optimal_page_sizes.items():
    if optimal_page_size < min_optimal_page_size:
        min_optimal_page_size = optimal_page_size
        chosen_page_size = page_size

print("Chosen page size is", chosen_page_size)

注意：根据您的特定需求和系统要求，您可能需要进行修改。

Java实现

这里是一个寻找最佳页面大小的Java实现示例：

示例

import java.lang.Math;
public class OptimalPageSize {
   public static void main(String[] args) {
      // Set default values
      int[] pageSizes = {4096, 8192, 16384, 32768, 65536};
      long physicalMemory = getPhysicalMemory();
      int averageAllocationSize = getAverageAllocationSize();
      int numberOfPageTableEntries = getNumberOfPageTableEntries();

      // Calculate optimal page size for each page size
      double[] optimalPageSizes = new double[pageSizes.length];
      for (int i = 0; i < pageSizes.length; i++) {
         int pageSize = pageSizes[i];
         int pageTableEntrySize = pageSize / 4096; // Assume 4KB page table entries
         double optimalPageSize = Math.sqrt(2 * physicalMemory * averageAllocationSize / (numberOfPageTableEntries * pageTableEntrySize));
         optimalPageSizes[i] = optimalPageSize;
         System.out.println("Optimal page size for " + pageSize + " is " + optimalPageSize + " bytes");
      }      
      // Choose the page size with the lowest optimal page size
      double minOptimalPageSize = Double.POSITIVE_INFINITY;
      int chosenPageSize = 0;
      for (int i = 0; i < pageSizes.length; i++) {
         if (optimalPageSizes[i] < minOptimalPageSize) {
            minOptimalPageSize = optimalPageSizes[i];
            chosenPageSize = pageSizes[i];
         }
      }
      System.out.println("Chosen page size is " + chosenPageSize);
   }   
   private static long getPhysicalMemory() {
      // Implementation for getting physical memory goes here
      return Runtime.getRuntime().totalMemory();
   }   
   private static int getAverageAllocationSize() {
      // Implementation for getting average allocation size goes here
      return 2048; // 2 KB
   }   
   private static int getNumberOfPageTableEntries() {
      // Implementation for getting number of page table entries goes here
      return 524288; // 2 GB / 4 KB
   }
}

输出

Optimal page size for 4096 is 1453.80053652487 bytes
Optimal page size for 8192 is 1027.9922178693766 bytes
Optimal page size for 16384 is 726.900268262435 bytes
Optimal page size for 32768 is 513.9961089346883 bytes
Optimal page size for 65536 is 363.4501341312175 bytes
Chosen page size is 65536