Re: [RFC PATCH 00/22] riscv: s64ilp32: Running 32-bit Linux kernel on 64-bit supervisor mode

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On Sat, May 20, 2023 at 4:20 AM Arnd Bergmann <arnd@xxxxxxxx> wrote:
>
> On Thu, May 18, 2023, at 15:09, guoren@xxxxxxxxxx wrote:
> > From: Guo Ren <guoren@xxxxxxxxxxxxxxxxx>
> > Why 32-bit Linux?
> > =================
> > The motivation for using a 32-bit Linux kernel is to reduce memory
> > footprint and meet the small capacity of DDR & cache requirement
> > (e.g., 64/128MB SIP SoC).
> >
> > Here are the 32-bit v.s. 64-bit Linux kernel data type comparison
> > summary:
> >                       32-bit          64-bit
> > sizeof(page):         32bytes         64bytes
> > sizeof(list_head):    8bytes          16bytes
> > sizeof(hlist_head):   8bytes          16bytes
> > sizeof(vm_area):      68bytes         136bytes
> > ...
>
> > Mem-usage:
> > (s32ilp32) # free
> >        total   used   free  shared  buff/cache   available
> > Mem:  100040   8380  88244      44        3416       88080
> >
> > (s64lp64)  # free
> >        total   used   free  shared  buff/cache   available
> > Mem:   91568  11848  75796      44        3924       75952
> >
> > (s64ilp32) # free
> >        total   used   free  shared  buff/cache   available
> > Mem:  101952   8528  90004      44        3420       89816
> >                      ^^^^^
> >
> > It's a rough measurement based on the current default config without any
> > modification, and 32-bit (s32ilp32, s64ilp32) saved more than 16% memory
> > to 64-bit (s64lp64). But s32ilp32 & s64ilp32 have a similar memory
> > footprint (about 0.33% difference), meaning s64ilp32 has a big chance to
> > replace s32ilp32 on the 64-bit machine.
>
> I've tried to run the same numbers for the debate about running
> 32-bit vs 64-bit arm kernels in the past, but focused mostly on
> slightly larger systems, but I looked mainly at the 512MB case,
> as that is the most cost-efficient DDR3 memory configuration
> and fairly common.
512MB is extravagant, in my opinion. In the IPC market, 32/64MB is for
480P/720P/1080p, 128/256MB is for 1080p/2k, and 512/1024MB is for 4K.
> 512MB chips is less than 5% of the total (I guess). Even in 512MB
chips, the additional memory is for the frame buffer, not the Linux
system.
I agree for the > 512MB scenarios would make it less sensitive on a
32/64-bit Linux kernel.

>
> What I'd like to understand better in your example is where
> the 14MB of memory went. I assume this is for 128MB of total
> RAM, so we know that 1MB went into additional 'struct page'
> objects (32 bytes * 32768 pages). It would be good to know
> where the dynamic allocations went and if they are  reclaimable
> (e.g. inodes) or non-reclaimable (e.g. kmalloc-128).
>
> For the vmlinux size, is this already a minimal config
> that one would run on a board with 128MB of RAM, or a
> defconfig that includes a lot of stuff that is only relevant
> for other platforms but also grows on 64-bit?
It's not minimal config, it's defconfig. So I say it's a roungh measurement :)

I admit I wanted a little bit to exaggerate it, but that's the
starting point for cutting down memory usage for most people, right?
During the past year, we have been convincing our customers to use the
s64lp64 + u32ilp32, but they can't tolerate even 1% memory additional
cost in 64MB/128MB scenarios and then chose cortex-a7/a35, which could
run 32-bit Linux. I think it's too early to talk about throwing 32-bit
Linux into the garbage, not only for the reason of memory footprint
but also for the ingrained opinion of the people. Changing their mind
needs a long time.

>
> What do you see in /proc/slabinfo, /proc/meminfo/, and
> 'size vmlinux' for the s64ilp32 and s64lp64 kernels here?
Both s64ilp32 & s64lp64 use the same u32ilp32_rootfs.ext2 binary and
the same opensbi binary.
All are opensbi(2MB) + Linux(126MB) memory layout.

Here is the result:

s64ilp32:
[    0.000000] Virtual kernel memory layout:
[    0.000000]       fixmap : 0x9ce00000 - 0x9d000000   (2048 kB)
[    0.000000]       pci io : 0x9d000000 - 0x9e000000   (  16 MB)
[    0.000000]      vmemmap : 0x9e000000 - 0xa0000000   (  32 MB)
[    0.000000]      vmalloc : 0xa0000000 - 0xc0000000   ( 512 MB)
[    0.000000]       lowmem : 0xc0000000 - 0xc7e00000   ( 126 MB)
[    0.000000] Memory: 97748K/129024K available (8699K kernel code,
8867K rwdata, 4096K rodata, 4204K init, 361K bss, 31276K reserved, 0K
cma-reserved)
...
# free
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:         101952        8516       90016          44        3420       89828
Swap:             0           0           0
# cat /proc/meminfo
MemTotal:         101952 kB
MemFree:           90016 kB
MemAvailable:      89836 kB
Buffers:             292 kB
Cached:             2484 kB
SwapCached:            0 kB
Active:             2556 kB
Inactive:            656 kB
Active(anon):         40 kB
Inactive(anon):      440 kB
Active(file):       2516 kB
Inactive(file):      216 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:             0 kB
SwapFree:              0 kB
Dirty:                32 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:           480 kB
Mapped:             1804 kB
Shmem:                44 kB
KReclaimable:        644 kB
Slab:               4536 kB
SReclaimable:        644 kB
SUnreclaim:         3892 kB
KernelStack:         344 kB
PageTables:          112 kB
SecPageTables:         0 kB
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:       50976 kB
Committed_AS:       2040 kB
VmallocTotal:     524288 kB
VmallocUsed:         112 kB
VmallocChunk:          0 kB
Percpu:               64 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB
Hugetlb:               0 kB

# cat /proc/slabinfo

                                                             [68/1691]
slabinfo - version: 2.1
# name            <active_objs> <num_objs> <objsize> <objperslab>
<pagesperslab> : tunables <limit> <batchcount> <sharedfactor> :
slabdata <active_slabs> <num_slabs> <sharedavail>
ext4_groupinfo_1k     28     28    144   28    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
p9_req_t               0      0    104   39    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
UDPv6                  0      0   1088   15    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
tw_sock_TCPv6          0      0    200   20    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
request_sock_TCPv6      0      0    240   17    1 : tunables    0    0
   0 : slabdata      0      0      0
TCPv6                  0      0   2048    8    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
bio-72                32     32    128   32    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
bfq_io_cq              0      0   1000    8    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
bio-184               21     21    192   21    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
mqueue_inode_cache     10     10    768   10    2 : tunables    0    0
   0 : slabdata      1      1      0
v9fs_inode_cache       0      0    576   14    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
nfs4_xattr_cache_cache      0      0   1848   17    8 : tunables    0
  0    0 : slabdata      0      0      0
nfs_direct_cache       0      0    152   26    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
nfs_read_data         36     36    640   12    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      3      3      0
nfs_inode_cache        0      0    832   19    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
isofs_inode_cache      0      0    528   15    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
fat_inode_cache        0      0    632   25    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
fat_cache              0      0     24  170    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
jbd2_journal_handle      0      0     48   85    1 : tunables    0
0    0 : slabdata      0      0      0
jbd2_journal_head      0      0     80   51    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
ext4_fc_dentry_update      0      0     88   46    1 : tunables    0
 0    0 : slabdata      0      0      0
ext4_inode_cache      88     88    984    8    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata     11     11      0
ext4_allocation_context     36     36    112   36    1 : tunables    0
   0    0 : slabdata      1      1      0
ext4_io_end_vec        0      0     24  170    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
pending_reservation      0      0     16  256    1 : tunables    0
0    0 : slabdata      0      0      0
extent_status        256    256     32  128    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      2      2      0
mbcache              102    102     40  102    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
dio                    0      0    384   10    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
audit_tree_mark        0      0     64   64    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
rpc_inode_cache        0      0    576   14    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
ip4-frags              0      0    152   26    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
RAW                    9      9    896    9    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
UDP                    8      8    960    8    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
tw_sock_TCP            0      0    200   20    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
request_sock_TCP       0      0    240   17    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
TCP                    0      0   1920    8    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
hugetlbfs_inode_cache      8      8    504    8    1 : tunables    0
 0    0 : slabdata      1      1      0
bio-164               42     42    192   21    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      2      2      0
ep_head                0      0      8  512    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
dax_cache             14     14    576   14    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
sgpool-128            16     16   2048    8    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      2      2      0
sgpool-64              8      8   1024    8    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
request_queue         13     13    616   13    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
blkdev_ioc             0      0     80   51    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
bio-120               64     64    128   32    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      2      2      0
biovec-max            40     40   3072   10    8 : tunables    0    0
  0 : slabdata      4      4      0
biovec-128             0      0   1536   10    4 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
                                                             [19/1691]
biovec-64             10     10    768   10    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
dmaengine-unmap-2    128    128     32  128    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
sock_inode_cache      22     22    704   11    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      2      2      0
skbuff_small_head     14     14    576   14    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
skbuff_fclone_cache      0      0    448    9    1 : tunables    0
0    0 : slabdata      0      0      0
file_lock_cache       28     28    144   28    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      1      1      0
buffer_head          357    357     80   51    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      7      7      0
proc_dir_entry       256    256    128   32    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      8      8      0
pde_opener             0      0     24  170    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      0      0      0
proc_inode_cache      60     60    536   15    2 : tunables    0    0
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  0 : slabdata      1      1      0
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  0 : slabdata      1      1      0
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  0 : slabdata      1      1      0
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  0 : slabdata     49     49      0
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  0 : slabdata    303    303      0
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iint_cache             0      0     96   42    1 : tunables    0    0
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anon_vma             168    168     72   56    1 : tunables    0    0
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vmap_area            102    102     40  102    1 : tunables    0    0
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kmalloc-64          5302   5312     64   64    1 : tunables    0    0
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kmem_cache           128    128    128   32    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      4      4      0

s64lp64:
[    0.000000] Virtual kernel memory layout:
[    0.000000]       fixmap : 0xff1bfffffee00000 - 0xff1bffffff000000
 (2048 kB)
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 (  16 MB)
[    0.000000]      vmemmap : 0xff1c000000000000 - 0xff20000000000000
 (1024 TB)
[    0.000000]      vmalloc : 0xff20000000000000 - 0xff60000000000000
 (16384 TB)
[    0.000000]      modules : 0xffffffff01579000 - 0xffffffff80000000
 (2026 MB)
[    0.000000]       lowmem : 0xff60000000000000 - 0xff60000008000000
 ( 128 MB)
[    0.000000]       kernel : 0xffffffff80000000 - 0xffffffffffffffff
 (2047 MB)
[    0.000000] Memory: 89380K/131072K available (8638K kernel code,
4979K rwdata, 4096K rodata, 2191K init, 477K bss, 41692K reserved, 0K
cma-reserved)
...
# free
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Buffers:             292 kB
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Inactive(file):      216 kB
Unevictable:           0 kB
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KReclaimable:       1092 kB
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SUnreclaim:         5808 kB
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slabinfo - version: 2.1
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  0 : slabdata      8      8      0
kmalloc-1k           840    840   1024    8    2 : tunables    0    0
  0 : slabdata    105    105      0
kmalloc-512          144    144    512    8    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata     18     18      0
kmalloc-256          816    816    256   16    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata     51     51      0
kmalloc-192          252    252    192   21    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata     12     12      0
kmalloc-128          480    480    128   32    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata     15     15      0
kmalloc-64          4912   4928     64   64    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata     77     77      0
kmem_cache_node      128    128    128   32    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      4      4      0
kmem_cache           126    126    192   21    1 : tunables    0    0
  0 : slabdata      6      6      0

>
>        Arnd



-- 
Best Regards
 Guo Ren




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