Σχεδιασμός και Υλοποίηση Resource Manager για NUMA Υπολογιστικά Συστήματα

Abstract

Σε αυτή τη διπλωματική εργασία παρουσιάζουμε μία πρακτική προσέγγιση για το πρόβλημα της δυναμικής τοποθέτησης της μνήμης των εφαρμογών σε ένα NUMA σύστημα. Η NUMA αρχιτεκτονική κυριαρχεί στα σύγχρονα πολυπεξεργαστικά συστήματα λόγω της κλιμακωσιμότητας της επεξεργαστικής ισχύος και του εύρους ζώνης της μνήμης. Αυτό αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα για την ταυτόχρονη εκτέλεση πολλών εφαρμογών αλλά εισάγει και σημαντικές καθυστερήσεις που εξαρτώνται από τον τρόπο που γίνεται η τοποθέτηση των εφαρμογών στο σύστημα. Ο αντίκτυπος στην απόδοση σχετίζεται με την αρχιτεκτονική του συστήματος και τα χαρακτηριστικά των εφαρμογών. Αρχικά, εκτελέσαμε μια μεγάλη ποικιλία από εφαρμογές από τη σουίτα SPEC 2017 κάτω από διαφορετικά σενάρια τοποθέτησης και λάβαμε μετρήσεις από τους hardware performance counters που είναι ενσωματωμένοι στο σύστημα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήσαμε τα πειραματικά δεδομένα για να εξάγουμε κάποια συμπεράσματα αναφορικά με τον τρόπο που τα χαρακτηριστικά των εφαρμογών επηρεάζουν την απόδοσή τους. Συνδυάζοντας αυτά τα αποτελέσματα με ιδέες από σχετικές ερευνητικές εργασίες αναπτύξαμε ένα μοντέλο για τη βέλτιστη επιλογή εφαρμογών για μεταφορά μνήμης μεταξύ των κόμβων ενός NUMA συστήματος. Κατόπιν, υλοποιήσαμε ένα πρόγραμμα resource manager επιπέδου χρήστη, που βασίζεται σε αυτό το μοντέλο και αναλαμβάνει να εκτελεί με βέλτιστο τρόπο εντολές μεταφοράς μνήμης. Η αξιολόγηση του resource manager και η σύγκριση του με άλλες προσεγγίσεις αποτυπώνει το πλεονέκτημα που προσφέρει η χρήση του αναφορικά με την αύξηση της απόδοσης των NUMA συστημάτων και τη βέλτιστη αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων τους.