简介
本教程将介绍如何在采用 4.3 或更高版本的 Linux* 内核的英特尔® 处理器上使用常规动态随即访问内存 (DRAM) 设置持久性内存仿真。本文介绍硬件配置以及如何设置软件。你可以按照本文中的步骤，在pmem.io中尝试 NVM 库中的 PMEM 编程示例。
为什么使用仿真？
如果你是一名软件开发人员，想尽快开始开发软件或准备 PEME 感知型应用，可以在 PMEM 硬件面市之前在开发过程中使用这种仿真方法。
什么是持久性内存？
传统应用在内存层和存储层之间组织数据。新兴 PMEM 技术引进了第三层。它可以像易失性内存那样，使用处理器加载和保存指令进行访问，但会像存储那样在断电期间保留内容。由于仿真使用的是 DRAM，所以重启期间无法保留数据。
硬件和系统要求
持久性内存仿真以 DRAM 内存为基础，该内存以持久性内存区的形式呈现给操作系统 (OS)。由于它是基于 DRAM 的仿真，因此仿真速度极快，但关机时会丢失所有数据。本教程使用以下硬件：
CPU 和芯片组 | 英特尔® 至强® 处理器 E5-2699 v4 处理器，2.2 GHz
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平台 | 平台：英特尔® 服务器系统 R2000WT 产品家族（代号“Wildcat Pass”）
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内存 | 内存大小：256 GB (16X16 GB) DDR4 2133P 品牌/型号：Micron* – MTA36ASF2G72PZ2GATESIG |
存储 | 品牌和型号：1 TB Western Digital* (WD1002FAEX) |
操作系统 | CentOS* 7.2 with kernel 4.5.3 |
表 1 - 用于 PMEM 仿真的系统配置。
Linux* 内核
本教程撰写期间使用 Linux 内核 4.5.3。自版本 4.0 起的内核支持持久性内存设备和仿真，但为了简化配置，建议使用高于 4.2 的内核。仿真应与能够处理官方内核的所有 Linux 分发版搭配使用。如欲配置合适的驱动程序安装，可运行 make nconfig ，并启用驱动程序。按照以下说明，图 1 - 图 5 显示了 Kernel Configuration 菜单中关于 NVDIMM Support 的正确设置。
$ make nconfig
-> Device Drivers -> NVDIMM Support -><M>PMEM; <M>BLK; <*>BTT
图 1：设置设备驱动程序。
图 2：设置 NVDIMM 设备。
图 3：设置支持 Direct Access 的文件系统。
图 4：设置 Direct Access (DAX) 支持。
图 5：NVDIMM Support 属性。
该内核将为 PMEM 驱动程序提供这些区域，以便用于持久性存储。图 6 和图 7 显示了 Kernel Configuration 菜单中关于处理器类型和特性的正确设置。
$ make nconfig
-> Processor type and features<*>Support non-standard NVDIMMs and ADR protected memory图 4 和图 5 显示了 Kernel Configuration 菜单中的选择。
图 6：设置处理器支持 NVDIMM。
图 7：启用非标准 NVDIMM 和 ADR 保护内存。
构建您的内核
现在你可以使用以下指令构建内核。
$ make -jX
其中 X 是设备上的内核数在构建新内核过程中，以并行方式编译新内核将获得性能优势。我们开展的从一个线程到多个线程的实验表明，编译速度比单个线程快 95%。加上使用多线程编译节省的时间，整个新内核的设置速度将会更加。图 8 和图 9 显示编译不同数量的内核时所达到的利用率和性能提升。
图 8：编译内核源。
图 9:并行编译源代码所获得的性能优势。
安装内核
# make modules_install install
图 10：安装内核。
通过修改内核命令行参数，保留一个内存区，以便以持久性内存位置的形式呈现给 OS。从 ss 到 ss+nn 是待使用的内存区。[KMG] 指 kilo、mega、giga。
memmap=nn[KMG]!ss[KMG]
例如，memmap=4G!12G 指保留第12 和第 16 GB 之间的 4GB 每次买。配置在 GRUB 中完成，配置可能因 Linux 分发版的不同而有所差异。下面是两个 GRUB 配置示例。
CentOS 7.0 下的 GRUB 配置
# vi /etc/default/grub GRUB_CMDLINE_LINUX="memmap=nn[KMG]!ss[KMG]" On BIOS-based machines: # grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
图 11 显示在 GRUB 文件中增加的 PMEM 声明。图 12 显示执行 GRUB 配置的指令。
图 11：在 /etc/default/grub 文件中定义 PMEM 区。
图 12：根据 grub 模板生成启动配置文件。
设备重启后，应该能够看到仿真设备呈现 /dev/pmem0…pmem3。尝试获取保留的内存区支持持久性内存仿真，定义持久性 (type 12) 区域的各个内存范围将如图 13 所示。通常建议使用 4GB+ 范围 (memmap=nnG!4G) 的内存，或查找该范围之前或以内的 e820 内存映射。如果没有看到设备，请验证 grub 文件中的 memmap 是否如图 9 所示设置正确，然后按照图 13 所示进行 dmesg(1) 分析。应该可以看到 dmesg 输出快照：dmesg，显示保留的范围。
图 13：持久性内存区突出显示为 (type 12)。
你将看到有多个未重叠的区域保留为持久性内存。放置多个 memmap="...!..."条目将导致内核以 /dev/pmem0、/dev/pmem1、/dev/pmem2… 的形式呈现多台设备。
DAX - Direct Access 扩展
DAX（直连）扩展至文件系统可创建 PMEM 感知型环境。部分 distro（例如 Fedora* 24 或更高版本）默认内置了 DAX/PMEM，并提供 NVML。查找内核中通常由 /boot 下方的 distro 提供的配置文件，能够快速查看内核中是否内置了 DAX 和 PMEM。使用以下命令：
# egrep ‘(DAX|PMEM)’ /boot/config-`uname –r`
结果如下所示：
CONFIG_X86_PMEM_LEGACY_DEVICE=y CONFIG_X86_PMEM_LEGACY=y CONFIG_BLK_DEV_RAM_DAX=y CONFIG_BLK_DEV_PMEM=m CONFIG_FS_DAX=y CONFIG_FS_DAX_PMD=y CONFIG_ARCH_HAS_PMEM_API=y
如欲安装包含 DAX（目前 ext4 和 xfs 提供）的文件系统：
# mkdir /mnt/pmemdir # mkfs.ext4 /dev/pmem3 # mount -o dax /dev/pmem3 /mnt/pmemdir 现在可以在新加载的分区上创建文件，并作为输入提供给 NVML 池。
图 14：持久性内存块。
图 15：制作文件系统。
另外值得一提的是，大家可以通过 ramdisk (i.e., /dev/shm) 仿真持久性内存，或通过设置环境变量 PMEM_IS_PMEM_FORCE=1 强制执行类似 PMEM 的行为。这样可以消除由 msync(2) 造成的性能损失。
结论
现在，大家知道了如何设置在没有实际 PMEM 硬件的情况下构建 PMEM 应用的环境。大家可以借助英特尔® 架构服务器上的其他内核，快速为仿真环境构建支持 PMEM 的新内核。
参考资料
作者
Thai Le 是英特尔公司的一名软件工程师，负责云计算和性能计算分析工作。