Linux-Kernel: Eine Code-Zeile bringt 3888,9 Prozent Performance-Peak

Die Änderung einer Code-Zeile im Linux-Kernel hat Messungen zufolge einen enormen Performance-Anstieg nach sich gezogen. Dies gilt zwar nur für einzelne Aufgaben, zeigt aber ein­drucks­voll, dass die Hardware nur einen Teil der Leis­tungs­fä­hig­keit ausmacht.

Intel testet

Eine aktuelle Leistungsmessung von Intel zeigt die enorme Verbesserung im Hauptzweig des Linux-Kernels: Der sogenannte "Kernel-Test-Roboter" Intels hat in einem Testlauf eine Performance-Steigerung von 3888,9 Prozent gemeldet. Diese dramatische Verbesserung wurde im Rahmen des "will-it-scale.per_process_ops"-Tests erfasst, der auf einem Intel Xeon Platinum (Cooper Lake)-Server durchgeführt wurde. Seit mehreren Jahren betreibt Intel diesen automatisierten Testdienst, der jede Änderung im Kernel überprüft.

Die Quelle dieser beeindruckenden Leistungssteigerung liegt laut eines Phoronix-Berichts in einer Änderung im Bereich des Speichermanagements. Der Commit, der für diesen Anstieg verantwortlich ist, lautet: "mm, mmap: limit THP alignment of anonymous mappings to PMD-aligned sizes". Dieser Patch adressiert eine frühere Änderung, die ihrerseits teils signifikante Leistungseinbußen verursacht hatte. Die Anpassung sorgt dafür, dass die Ausrichtung an "Transparent Huge Pages" (THP) für bestimmte anonyme Speicherbereiche neu definiert wird. Dadurch werden bisher fragmentierte Speicherbereiche effizienter verwaltet, was in speziellen Nutzungsszenarien deutliche Leistungsgewinne mit sich bringt.


Der Hintergrund des Patches geht auf eine Anpassung zurück, die ursprünglich zur Optimierung des Zugriffs auf große Speicherbereiche eingeführt wurde, jedoch teils unerwartete Probleme bei den Benchmarks verursacht hatte. Beispielsweise führte der vorherige Patch in bestimmten Workloads zu bis zu 600 Prozent langsameren Reaktionszeiten. In der Anwenderpraxis zeigte unter anderem die Bildbearbeitungssoftware "Darktable" deutliche Leistungseinbußen.

Mehr Tests folgen

Durch die neue Anpassung wird nun festgelegt, dass anonyme Speicherbereiche nur dann THP-optimiert ausgerichtet werden, wenn ihre Größe ein exaktes Vielfaches der sogenannten PMD-Größe ist. Für zahlreiche Workloads bedeutet dies, dass Speicherbereiche nicht mehr fragmentiert, sondern effizienter in einem Block zusammengeführt werden.

Dieser Patch, der nur eine einzige Zeile im Code des Linux-Kernels verändert, wurde bereits in die Hauptentwicklungslinie aufgenommen. Die vorhergehende Änderung, die das Problem verursachte, stammt aus dem Dezember 2023 und war damit mehrere Monate aktiv, bevor die neue Lösung zur Optimierung eingeführt wurde. Intel plant indessen, zusätzliche Benchmarks durchzuführen, um zu ermitteln, ob auch reale Anwendungsfälle von dieser Anpassung profitieren.


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