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Linux DAX（ダイレクトアクセス）の詳細

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Linux DAX（ダイレクトアクセス）の詳細

DAX（ダイレクトアクセス）を見ているうちに、XIP（Execution in Place）を置き換えるために導入されたことを確認しましたが、実際にRAMにコピーせずにアプリケーションを実行できるかどうか疑問です。 「直接アクセスファイル」となっていますが、実行ファイルもカーネルファイルじゃないですか？それでは、カーネルにファイルをRAMにコピーせずにファイルを実行させますか？では、どのように動作しますか？ .text領域を保持しますが、.data領域のコピーを作成しますか？

実験的な設定があります。 DAXをサポートするLinuxカーネル4.6.2を設定しました。 RAM対応ブロックデバイスを作成しました。 daxオプションを使用してRAMディスクをインストールします。

# mount -t ramfs -o dax,size=8m ext2 /ramdisk
# mount
rootfs on / type rootfs (rw,size=59124k,nr_inodes=14781)
proc on /proc type proc (rw,relatime)
tmpfs on /tmp type tmpfs (rw,relatime)
ext2 on /ramdisk type ramfs (rw,relatime,dax,size=8m)
#

これでramfsを/ ramdiskにマウントし、ext2とdaxサポートでフォーマットしました。アプリケーションを/ ramdiskにコピーして実行している場合は、RAMの別の場所にコピーして実行しないようにするにはどうすればよいですか？

残念ながら、daxに関する文書はまれです。それカーネルの説明説明する：

メモリに似たブロックデバイスの場合、ページキャッシュページは元のストレージの不要なコピーになります。 DAXコードは、ストレージデバイスに直接読み書きすることで、追加のコピーを削除します。ファイルマッピングの場合、ストレージデバイスはユーザー空間に直接マッピングされます。

実行可能ファイルをRAMの2番目の場所にコピーせずに実行できるようです。しかし、一部の人々はこう言います。

カーネルまたはそのモジュールがDAX対応ブロックデバイスのDAX対応ファイルシステムに保存されていても、RAMにコピーされます。

とにかく私はDAX機能を混乱させ、アプリケーションをRAMの別の場所にコピーせずに実行する方法を提供できるかどうか疑問に思います（キャッシュにコピーすることは私の主題ではありません）。どのように動作するかについての説明を聞きたいです。

ベストアンサー1

あなたの例を議論する前に、いくつかの免責事項があります。これは現実の単純化されたバージョンです。私が説明していない多くの特別なケースや例外がありますが、何が起こっているのかを理解するのに十分です。

ブロックデバイス

あなたを混乱させるのは、「ブロックデバイス」という用語を誤用することです。ブロックデバイスは通常HDD、CD、SSDです。名前が示すように、これらのデバイスには個々のバイトを読み書きすることはできず、ブロック（通常は512バイトサイズ）で書く必要があります。

ブロックデバイスには、デバイスの状態を読み取って命令を送信するために使用できるプロセッサアドレス空間にマッピングされた複数のレジスタと小さなメモリ領域があります。ただし、（通常）自分が保存したデータへの直接アクセスは提供されません。これは通常、デバイスにコマンドを送信し、DMA操作（読み取りまたは書き込み）が完了したことを示すハードウェア割り込みを待つように行われます。

したがって、このタイプのデバイスにはそのタスクにDMAタスクなどが含まれているため、メインメモリ（DRAM）を使用しないのはかなり困難です（不可能ではありません）。そのような場合、DAXが実行する作業は、データアクセスに関連するオーバーヘッドの一部を削除することだけです。

DIMMフォーマット* NVM

しかし、最近では、一部のDIMMフォーマット* NVM（不揮発性メモリ）が市場に出荷されました。これらのデバイスには、アクセスできるようにコンテンツ全体がプロセッサのアドレス空間にマッピングされています。まっすぐストアとロード命令を介してプロセッサによって。カーネルは、これらのデバイスがアクセスされていることを知る必要さえありません。すべての意図と目的のために、プロセスは通常のDRAM対応メモリページにアクセスするようです。

*DIMM形式は一例です。 PCIなどの他の既存のインターフェースもこれを行います。

混乱した部分

ここに混乱があります...最近まで、「ストレージデバイス」は実際に「ブロックデバイス」の同義語でした。 Linuxカーネルはこれらの新しいNVMをストレージ/ブロックデバイスとして認識し、SSDと同様に/ devにエントリを作成して適切に処理します。 （これらのNVM対応デバイスの1つがない場合は、通常のDRAMの特定のメモリ範囲をNVMとして処理するように指定してこれをエミュレートできます。ねえこれを行う方法に関する追加情報。 )

これらのデバイスにファイルシステムを作成すると、通常のHDDを使用しているかのように機能します。コンテンツをDRAMにキャッシュしてパフォーマンスを向上させようとしています。 DAX 対応ファイルシステムが実行する作業は、キャッシュの生成を防止することです。これはアクセスを高速化するためのものですが、この場合はパフォーマンスが低下する可能性があります。

カーネルまたはそのモジュールがDAX対応ブロックデバイスのDAX対応ファイルシステムに保存されていても、RAMにコピーされます。

この動作の明確な理由を見つけることはできませんが、カーネルとカーネルモジュールが遅い（DRAMよりも遅い）デバイスで実行されず、その内容が次に実行されることを保証するのはセキュリティとパフォーマンス上の理由のようです。カーネル期間はめちゃくちゃになりません。

ただし、NVM対応メモリを使用してNVMから直接実行可能ファイルを実行している限り、ユーザースペースに残っている限り問題はありません。

プロジェクトを見てくださいPmem.ioインテルとアトラスHPから。この種の作業のために特別に作成されたプログラミングインターフェイスです。

今あなたの例について：

# mount -t ramfs -o dax,size=8m ext2 /ramdisk
# mount
rootfs on / type rootfs (rw,size=59124k,nr_inodes=14781)
proc on /proc type proc (rw,relatime)
tmpfs on /tmp type tmpfs (rw,relatime)
ext2 on /ramdisk type ramfs (rw,relatime,dax,size=8m)
#

RAM サポート EXT2 ファイルシステムを作成していません。仮想名がext2のramfsを使用してRAM対応ファイルシステムを作成しています。次のようにインストールしても違いはありません。

# mount -t ramfs -o dax,size=8m winter_is_coming /ramdisk

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