Δυναμική Ανακατανομή Μεγάλων Σελίδων Μνήμης για Δίκαιη Κατανομή Πόρων και Επιβολή Προτεραιοτήτων

Abstract

Οι σύγχρονοι υπολογιστές χρειάζονται περισσότερη RAM καθώς οι διεργασίες σήμερα τείνουν να έχουν μεγάλο αποτύπωμα μνήμης. Οι ολοένα και μεγαλύτερες χωρητικότητες μνήμης όμως, οδήγησαν και σε αυξημένα κόστη μετάφρασης των εικονικών διευθύνσεων. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, οι κατασκευαστές υλικού παρείχαν στα TLB τη δυνατότητα να υποστηρίζουν χιλιάδες εγγραφές για μεγάλα μεγέθη σελίδων (ή όπως ονομάζονται μεγάλες σελίδες). Οπότε η ευθύνη για την μείωση του κόστους μετάφρασης των διευθύνσεων πέρασε από το υλικό στο εκάστοτε λογισμικό. Το Ingens είναι ένας πρόσφατος μηχανισμός που διαχειρίζεται τις μεγάλες σελίδες με τρόπο συντονισμένο και χωρίς να χρειάζεται την παρέμβαση του χρήστη. Αντιμετωπίζοντας την συνοχή της μνήμης ως πόρο που πρέπει να διανεμηθεί σε όλες τις διεργασίες και παρακολουθώντας την χρήση και την συχνότητα των σελίδων της μνήμης, το Ingens είναι σε θέση να εξαλείψει μία σειρά από παθολογίες δίκαιης συμπεριφοράς και απόδοσης, ενδημικές στην τρέχουσα υποστήριξη των μεγάλων σελίδων. Στην τρέχουσα διπλωματική εργασία αποδεικνύουμε ότι η αδυναμία του Ingens να ανακτήσει τις μεγάλες σελίδες, μπορεί να οδηγήσει, σε ορισμένα σενάρια, σε άδικη κατανομή των μεγάλων σελίδων του συστήματος. Στην συνέχεια δείχνουμε πως αυτή η άδικη κατανομή μπορεί να οδηγήσει και σε διαφορές στην απόδοση. Λαμβάνοντας υπόψιν το γεγονός ότι σε μερικές περιπτώσεις οι αδικίες στην απόδοση είναι μη αποδεκτές (π.χ. σενάρια παροχής cloud υπηρεσιών, όπου ο πάροχος παρέχει στους πελάτες του εικονικές μηχανές του ίδιου τύπου), σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε έναν μηχανισμό ανακατανομής μεγάλων σελίδων, ονόματι HPRM (συντομογραφία της αγγλικής φράσης Huge Page Redistribution Mechanism), o οποίος διορθώνει το ελάττωμα του Ingens. Επικυρώσαμε την λειτουργία του HPRM ποσοτικοποιώντας το βαθμό στον οποίο μπορεί να μειώσει την αδικία που υπάρχει στο σύστημα σε σύγκρισή με την προεπιλεγμένη εκδοχή του Ingens. Τέλος, συγκρίναμε την απόδοση εφαρμογών όταν αυτές έτρεχαν σε Ingens με HPRM και σε προεπιλεγμένο Ingens.