Linux 和 Windows - Bates - Christiansen 中的 PM 支持

Linux 和 Windows 中的 PM 支持

Windows 对持久内存的支持

支持版本和硬件

• Windows PM 支持从 Windows 10 周年更新（2016年8月）开始，包括 Windows 10 和 Windows Server 2016 及后续版本。
• 支持的硬件包括 JEDEC NVDIMM 和 HPE 可扩展持久内存。

优点

• 通过消除操作系统开销提高 IO 性能。
• 支持 DAX（Direct Access）技术，允许应用程序直接访问持久内存。

缺点

• 仅支持 NTFS 文件系统进行 DAX。
• 由于消除操作系统挂钩点，可能导致功能损失。

DAX 工作原理

• 应用程序通过内存映射语义直接访问 PM，无需存储堆栈介入。
• 支持 PM 真正设备性能，无软件开销。
• 通过文件系统转换为缓存 IO 和内存映射 IO 实现零复制访问。

兼容性

• 完全向后兼容现有应用程序和过滤器驱动程序。
• 所有 Windows 文件系统支持 PM。

新功能

• Windows Server 2019 中引入新的 VHD 文件类型 .VHDPMEM。
• Hyper-V PM 支持第 2 代虚拟机中的 Windows 和 Linux 来宾，可查看虚拟 PMEM (vPMEM) 设备。
• 来宾中的内存映射文件可直接访问主机上的 PM 硬件，支持 Full Win32 和 PMDK。

大和巨大页面支持

• 现代CPU使用 4K 页面管理内存，巨大页面允许使用单个 TLB 条目描述连续的 1GB 或 2MB 区域。
• Windows PM 支持 2MB 群集大小的内存映射文件，保证至少使用大页面进行映射。

管理支持

• Windows Server 2019 引入 PowerShell 命令支持管理物理和逻辑持久性内存设备，如 Get-PmemDisk、New-PmemDisk 等。
• PMDK（Persistent Memory Development Kit）提供开源库，支持 Windows 和 Linux，简化应用程序开发模型。

应用案例

• 通过 DAX 卷实现 2X 性能增益，减半事务延迟，反序列化 SQL 日志记录线程。
• 性能测试显示，4K 读取性能达 1380 万 IOPS，远程写入性能达 945 万 IOPS。

Linux 对持久内存的支持

管理 PM

• 使用 ndctl 工具管理 PM，绑定到物理层规范如 NFIT 和 HMAT。

使用 PM

• 块设备：Linux 应用程序可通过块接口使用 PM，但效率不高。
• 文件系统：EXT4 和 XFS 支持 DAX，提供文件和目录功能。
• mmap()：将文件映射到进程虚拟地址空间，实现 PM 优化。

PMDK

• Linux 版本的 PMDK 通过 mmap() 实现对 PM 的直接访问。