CCoW: Ottimizzazzjoni tal-Kopja fuq il-Kitba Meta Tqies il-Lokalità Spazjali f'Tagħbijiet tax-Xogħol Parti 3

3. CCoW Disinn

F'din it-taqsima, l-ewwel nintroduċu l-motivazzjoni tagħna wara t-titjib tal-kopja fuq il-kitba u nispjegaw il-kunċett bażiku tal-kopja fuq il-kitba (CCoW) ibbażata fuq il-kopertura. Imbagħad aħna nispjegaw il-mod kif CCoW jaqbad il-lokalità taħt xenarji differenti u l-ottimizzazzjoni biex taqbad il-lokalità f'overhead baxx.

Il-memorja hija l-abbiltà tan-nies li jakkwistaw, jaħżnu u jirkupraw l-informazzjoni. Il-memorji tan-nies se jvarjaw ukoll f'xenarji differenti. F'dan l-artikolu, se nesploraw ir-relazzjoni bejn il-memorja f'xenarji differenti.

L-ewwel huwa x-xenarju tat-tagħlim. It-tagħlim huwa mezz importanti għall-bnedmin biex jiksbu għarfien u ħiliet. Fil-proċess tat-tagħlim, il-memorja għandha rwol vitali. Jekk għandek memorja b'saħħitha, tista' tikkontrolla għarfien ġdid aktar malajr u żżomm l-għarfien miksub aktar faċilment. Għalhekk, fix-xenarji ta’ tagħlim, jeħtieġ li nżommu l-ħsieb tagħna ċar u ffukat, biex intejbu aħjar il-memorja.

It-tieni hija x-xena tat-turiżmu. L-ivvjaġġar jippermettilna nesperjenzaw kulturi u ambjenti differenti, u jsaħħaħna ħafna l-orizzonti tagħna. Waqt l-ivvjaġġar, nistgħu nakkwistaw għarfien kulturali għani billi niftakru postijiet ġeografiċi, nies, drawwiet, u informazzjoni oħra. Għalhekk, fix-xena tal-ivvjaġġar, jeħtieġ li nosservaw bir-reqqa u b'mod attiv nesperjenzawha, biex intejbu aħjar il-memorja tagħna.

Għal darb'oħra, hija xena tax-xogħol. Fuq ix-xogħol, jeħtieġ li nittrattaw ammont kbir ta 'informazzjoni, bħal data, kuntatti, kompiti, pjanijiet, eċċ. Jekk il-memorja tagħna ma tkunx b'saħħitha biżżejjed, se taffettwa l-effiċjenza tax-xogħol tagħna u l-kisbiet. Għalhekk, fix-xenarji tax-xogħol, irridu nagħmlu xogħol tajjeb ta 'reġistrazzjoni u organizzazzjoni u nippruvaw innaqqsu l-medda ta' "konnessjoni ta 'informazzjoni" kemm jista' jkun. B'dan il-mod, nistgħu ntejbu aħjar il-memorja tagħna.

Fl-aħħarnett, hemm xeni tal-ħajja. Il-bnedmin jeħtieġ li jiftakru ħafna affarijiet ta 'kuljum, bħal indirizzi, numri tat-telefon, kompiti għall-ġurnata, eċċ. Jekk il-memorja tagħna mhix tajba biżżejjed, jinqalgħu ħafna problemi fil-ħajja. Għalhekk, fix-xeni tal-ħajja, għandna bżonn neżerċitaw il-kapaċità tal-memorja tagħna. Nistgħu ntejbu l-memorja tagħna billi nibnu ħsieb assoċjattiv u nirrepetu fis-skiet.

Fil-qosor, il-memorja f'xenarji differenti hija relatata mill-qrib. Nistgħu ntejbu l-memorja tagħna u niksbu prestazzjoni aħjar f'diversi xenarji permezz ta 'prattika deliberata u konċentrazzjoni. Ejjew nimxu ħajja u karriera aħjar b'attitudni ottimista. Wieħed jista 'jara li għandna bżonn intejbu l-memorja, u Cistanche deserticola jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-memorja, minħabba li Cistanche deserticola jista 'wkoll jirregola l-bilanċ ta' newrotrasmettituri, bħal żieda fil-livelli ta 'acetylcholine u fatturi ta' tkabbir. Dawn is-sustanzi huma importanti ħafna għall-memorja u t-tagħlim. Barra minn hekk, Cistanche deserticola jista 'wkoll itejjeb il-fluss tad-demm u jippromwovi l-kunsinna ta' ossiġnu, li jista 'jiżgura li l-moħħ jirċievi biżżejjed nutrijenti u enerġija, u b'hekk itejjeb il-vitalità u r-reżistenza tal-moħħ.

Ikklikkja taf supplimenti biex ittejjeb il-memorja

3.1. Motivazzjoni

Kif ġie diskuss qabel, il-mekkaniżmu tal-kopja fuq il-kitba għandu rwol ewlieni fl-implimentazzjoni tal-karatteristiċi tal-memorja virtwali f'OSs moderni. Madankollu, il-vantaġġi tagħha f'termini ta 'spazju qed jonqsu f'ambjenti tal-kompjuter moderni u xogħol intensiv ta' kitba, li huma komuni fiċ-ċentri tad-dejta [21,22].

Teknoloġiji tal-memorja emerġenti bħall-memorja tal-ħażna (SCM) u l-memorja persistenti jippermettu żieda fid-densità tad-dejta għall-moduli tal-memorja filwaqt li jnaqqsu l-ispiża għal kull unità ta 'dejta.

Illum il-ġurnata l-bini ta 'node b'ammont kbir ta' memorja fl-iskala tat-terabyte sar irħas minn qatt qabel. Barra minn hekk, il-fornituri tas-servizz tal-cloud rrappurtaw li n-nodi fiċ-ċentri tad-dejta qed isofru minn utilizzazzjoni baxxa tal-memorja, u jħallu 40-50% tal-memorja mhux użata [23-26]. F'din is-sitwazzjoni, isir fattibbli li l-ispazju tal-memorja jinnegozja mal-prestazzjoni f'sistemi kritiċi għall-prestazzjoni [27]. Il-vantaġġi f'termini ta 'prestazzjoni qed jonqsu wkoll.

Il-benefiċċju tal-prestazzjoni tal-kopja fuq il-kitba jista 'jkun ikkaratterizzat mill-frekwenza u l-prestazzjoni tal-immaniġġjar tal-ħsarat fil-paġna. Waqt li tnissel proċess tifel, il-permess tal-kitba għall-paġni kollha niżel. Mill-perspettiva tal-korrettezza, dan huwa inevitabbli; madankollu, dan iwassal għal ħsarat frekwenti fil-paġna wara l-furketta, fil-qadi ta 'kull talba ta' kitba. Din il-maltemp ta 'paġni tal-kitba ma tiġrix biss lill-proċessi tat-tfal iżda wkoll lill-proċess ġenitur.

Biex tagħmilha agħar, il-ħin tal-immaniġġjar tal-ħsarat fil-paġna ma tjiebx dan l-aħħar iżda għandu tendenza li jittawwal minħabba raġunijiet ta' sigurtà. Fil-passat, l-ispazju kollu tal-indirizz tal-kernel kien immappjat b'mod persistenti għal parti mill-ispazju tal-indirizz tal-proċess tal-utent.

Madankollu, dan it-tqassim tal-ispazju tal-indirizz jippermetti proċessi malizzjużi tal-utent biex jaqraw indirettament id-dejta kritika fl-ispazju tal-indirizz tal-kernel billi jisfruttaw l-eżekuzzjoni spekulattiva fil-proċessuri [28,29].

Biex tittaffa tali vulnerabbiltà ta' sigurtà kritika, OSs moderni jużaw iżolament tat-tabella tal-paġni tal-kernel (KPTI). B'mod ġenerali, porzjon limitat biss tal-ispazju tal-indirizz tal-kernel huwa mmappjat mal-ispazju tal-indirizz tal-proċess, u l-bqija tal-ispazju tal-indirizz tal-kernel huwa mmappjat b'mod dinamiku u mhux immappjat waqt l-interruzzjoni u l-immaniġġjar tas-sejħa tas-sistema. Dan għandu jkun akkumpanjat minn fwawar TLB, li jista 'jiddegrada b'mod sinifikanti l-prestazzjoni tas-sistema.

F'dan ix-xogħol, nimmiraw li nnaqqsu l-overhead tal-kopja fuq il-kitba billi nisfruttaw il-lokalità spazjali tar-referenzi tal-memorja. Bħalissa, il-kopja fuq il-kitba sseħħ għal kull paġna, u kull darba li jkun hemm ħsara fil-paġna, l-OS għandu jinvolvi ruħu. L-idea ewlenija tagħna hija li tnaqqas il-frekwenza tal-involviment tal-OS billi nisfruttaw il-lokalità spazjali tal-aċċessi għall-memorja. Jekk paġna tiġi aċċessata għall-kitba, il-paġni fil-qrib x'aktarx li wkoll jiġu aċċessati għall-kitba dalwaqt.

Għalhekk, jekk inwettqu l-kopja fuq kitba mhux biss għall-paġna difettuża iżda wkoll għal paġni fil-qrib flimkien (jiġifieri, pre-kopja paġni fil-qrib), nistgħu namortizzaw l-overhead għall-kopja fuq il-kitba waqt l-immaniġġjar tal-ħsara fil-paġna. Aħna, madankollu, għandna noqogħdu attenti, biex ma dejjem nikkupjaw bl-addoċċ il-paġni kollha fil-qrib.

Jekk il-paġni kkopjati jinkitbu aktar tard, l-ispiża ġenerali mġarrba għall-kopja minn qabel titħallas lura. Madankollu, jekk il-paġni kkupjati ma jinkitbux wara, il-kopja ta' qabel iġġib biss overhead extra f'termini ta' ħin u spazju.

Għalhekk, huwa kruċjali li jiġu identifikati l-paġni ta' mira xierqa għall-kopja. Ġew użati approċċi simili biex jimminimizzaw l-overhead tal-immaniġġjar tal-ħsarat fil-paġna.Linux timpjega l-hekk imsejħa karatteristika 'tort madwar'. Waqt li timmaniġġja ħsara fil-paġna, Linux jibda l-immaniġġjar tal-ħsara fil-paġna għall-paġni li huma madwar il-paġna difettuża [2]. Din il-karatteristika, madankollu, hija applikata biss għall-ħsarat tal-paġna tal-qari għal reġjuni tal-memorja sostnuti minn fajls.

Minħabba li l-idea proposta tiffoka fuq il-kitba ta’ ħsarat fil-paġni għal paġni anonimi, nistgħu nargumentaw li l-approċċ tagħna huwa differenti mill-karatteristika tal-ħsara. hugepages fl-OS.

Dawn is-sistemi, b'mod komuni, jippreżentaw skema biex jidentifikaw l-aħjar paġni kandidati biex jiġu kkonvertiti f'paġni enormi u biex jippromwovu b'mod effiċjenti għal (jiġifieri, jikkonvertu paġni bażi għal paġna enormi) jew jitbaxxew minn (jiġifieri, jikkonvertu paġna enormi f'paġni bażi) paġni enormi.

Madankollu, irrispettivament mill-iskemi proposti, il-kopja fuq il-kitba titwettaq fil-granularità tal-paġna bażi biss, wara li tkisser il-paġna enormi f'paġni bażi jekk meħtieġ. Għalhekk, il-karatteristiċi tal-prestazzjoni tagħhom tal-kopja fuq il-kitba huma l-istess bħas-sistema Linux default bil-mekkaniżmu ta 'paġna enormi trasparenti (THP). B'kuntrast, l-iskema proposta tagħna hija unika fis-sens li twettaq kopja fuq kitba b'granularità differenti skont il-lokalità fl-aċċess għall-memorja.

3.2. Identifikazzjoni tal-Lokalità Spazjali

Biex nirrealizzaw l-iskema proposta, għandna nikkunsidraw żewġ kwistjonijiet ta’ sfida. L-ewwelnett, il-paġni mmirati għandhom jiġu identifikati b'mod preċiż u f'waqtu, sabiex il-benefiċċju tal-prekopja jiġi massimizzat filwaqt li l-overhead għall-prekopja jiġi minimizzat.

Ladarba paġna tiġi skopjata minn kittieb, il-paġna ma tikkawżax ħsarat oħra fil-paġna. Dan effettivament ifisser li s-sistema tilfet l-opportunità li tottimizza l-aċċess għall-kitba. Għalhekk, is-sistema għandha tkun kapaċi tipprevedi l-użu tal-paġna fil-futur biex tiddetermina liema paġni għandhom jiġu kkupjati u liema le. It-tieni nett, l-identifikazzjoni tal-paġni fil-mira għandu jkollha overhead baxx peress li l-OS ma jistgħux jaffordjaw proċessar li jieħu ħafna ħin fis-subsistema tal-ġestjoni tal-memorja kritika għall-prestazzjoni.

Kif diskuss fit-Taqsima 2, ħafna karatteristiċi tal-memorja virtwali f'OSs moderni huma bbażati fuq il-mekkaniżmu tal-kopja fuq il-kitba. Għalhekk, l-overhead jista 'faċilment jegħleb il-benefiċċju tal-kopja ottimizzata fuq il-kitba jekk l-implimentazzjoni ġenerali ma tkunx effiċjenti biżżejjed.

Biex tbassar il-futur ta 'paġna, l-ewwel niġbru l-istorja tal-frieket għall-proċessi tal-utent. B'mod speċifiku, l-OS jimmonitorja n-numru ta 'frieket li jinvoka kull proċess. Għadd baxx għal proċess jimplika li ftit hemm opportunità biex jiġi sfruttat il-proċess, u l-OS m'għandux għalfejn isegwi bis-sħiħ il-ħsarat tal-paġna tal-kitba għal dan il-proċess.

B'kuntrast, meta proċess jinvoka s-sejħa tas-sistema tal-furketta aktar minn limitu, is-sistema tista 'tistenna l-opportunità ta' ottimizzazzjoni. Dan jiġri b'Redis, li perjodikament jinvoka frieket biex jieħu snapshots fil-memorji, jew bl-iskript tal-qoxra li jikkmanda multipli mil-linja tal-kmand. Bi tweġiba, is-sistema tibda ssegwi l-ħsarat fil-paġna għall-proċess.

Sussegwentement, nipproponu metodu biex tbassar l-opportunità ta 'ottimizzazzjoni mill-istorja, jekk wieħed jassumi li l-imġieba ġenerali tal-applikazzjonijiet ma tinbidilx b'mod sinifikanti. Għal dan il-għan, naqsmu l-ispazju tal-indirizz tal-proċess f'reġjuni ta 'daqs fiss. Kull reġjun iżomm bitmap, fejn kull bit jikkorrispondi għal paġna fir-reġjun. Jiġi bied proċess bil-bitmaps kollha mneħħija, bħal għal żoni ta' memorja virtwali (VMAs) popolati ġodda. Meta partor VMA kollu ma jkunx immappjat, il-bitmaps fil-firxa ta 'indirizzi korrispondenti huma wkoll rilaxxati.

Il-bitmap hija allokata biss għall-partijiet tal-VMA li huma popolati, u l-informazzjoni tal-paġna one4 KB hija miġbura fil-qosor f'bit wieħed. Għalhekk, l-ispazju overhead għall-bitmapsis madwar 0.003% tal-ispazju tal-indirizzi popolati. Inizjalment, il-kitbiet huma pproċessati permezz tal-kopja fuq il-kitba kif inhu.

Aċċess għall-kitba huwa maqbud mal-handler tal-ħsarat tal-paġna, li biha tiġi ssettjata l-entrata tal-bitmap korrispondenti. Maż-żmien, il-bitmap effettivament jaqbad l-aċċessi għar-reġjun, u nistgħu nikkwantifikaw il-grad tal-kopertura. Il-kopertura ta’ reġjun hija kkalkulata bħala l-perċentwal ta’ kopji fuq paġni miktuba mill-paġni kollha fir-reġjun, kif ġej:

Ejja ngħidu li sistema tuża paġni ta’ 4 KB u l-ispazju tal-indirizz huwa maqsum f’reġjuni ta’ 2 MB.

Imbagħad kull reġjun ikollu 512 4 paġni KB. Jekk 300 paġna huma kkupjati fuq kitba, il-kopertura tar-reġjun hija 300/512 × 100=58.6%.Iktar ma tkun għolja l-kopertura ta 'reġjun, aktar ir-reġjun jista' jibbenefika mill-opportunità ta 'ottimizzazzjoni tal-prekopja. Din l-informazzjoni dwar il-kopertura tinġarr fuq il-furketta u tintuża bħala metrika biex tiddetermina l-benefiċċju tal-ikkupjar ta 'paġni fil-qrib.

Speċifikament, jekk reġjun tal-memorja għandu kopertura għolja, il-paġni fir-reġjun x'aktarx li eventwalment ikunu kopji fuq miktub. Għalhekk, ikun ta 'benefiċċju li tikkopja minn qabel paġni oħra fir-reġjun waqt li tiġi pproċessata tort ta' paġna tal-kitba għal paġna. Billi, l-opportunità ta 'ottimizzazzjoni fil-paġni ta' prekopja hija ftit jekk il-kopertura hija baxxa. Għalhekk, il-paġna difettuża biss hija kopja fuq il-miktub mill-handler pagefault.

Minn hawn 'il quddiem, se nirreferu għal din l-iskema bħala kopja fuq il-kitba bbażata fuq il-kopertura jew CCoW għall-bqija tal-karta. Il-Figura 1 turi l-kunċett ta' CCoW. Hemm żewġ reġjuni, reġjuni 0 u 1, kull wieħed jinkludi sitt paġni. 

Il-paġni bi sfumatura aħdar huma popolati b'kopja fuq il-kitba. Meta l-proċess jinvoka s-sejħa tas-sistema tal-furketta, il-permess tal-kitba għall-paġni kollha, inklużi dawk ħodor, jintrema waqt il-furketta. Ejja nassumu li l-limitu għad-determinazzjoni tar-reġjun tal-lokalità għolja huwa 60%. Fir-reġjun 0, erba' paġni (paġni 1, 2, 3, u 4) kienu ġew ikkupjati u nikteb qabel il-furketta, li jipprovdu kopertura ta' 4/6=66%.

Għalhekk, dan ir-reġjun huwa kkunsidrat li għandu lokalità spazjali għolja, u l-paġni kollha huma kkupjati biex jimmaniġġaw il-ħsara tal-paġna għal paġna 3, kif sfumata bl-aħmar. Billi, ir-reġjun t'isfel jipprovdi kopertura ta '33% peress li tnejn minn sitt paġni kienu nkitbu kopja fuq il-fork.

Għalhekk, dan ir-reġjun għandu kopertura aktar baxxa mil-limitu, li jimplika l-lokalità spazjali baxxa fir-reġjun. Għalhekk, meta l-paġna 9 tiġi aċċessata għall-kitba, il-paġna difettuża biss tiġi kkupjata fuq il-kitba fil-page fault handler, bħall-proċedura normali ta' kopja fuq kitba.

For more information:1950477648nn@gmail.com