Ευέλικτες Πολιτικές Τοποθέτησης Δεδομένων σε NUMA Αρχιτεκτονικές

Abstract

Στα σύγχρονα υπολογιστικά συστήματα χρησιμοποιείται ευρέως η αρχιτεκτονική NUMA (Non Uniform Memory Access), στην οποία οι επεξεργαστικοί πυρήνες και η μνήμη ενός μηχανήματος είναι διαμοιρασμένοι σε ”NUMA κόμβους”. Η βασική αρχή τέτοιων συστημάτων είναι ότι η πρόσβαση από έναν πυρήνα στην τοπική του μνήμη, δηλαδή αυτή που βρίσκεται στον ίδιο κόμβο με αυτόν, γίνεται γρηγορότερα από ότι σε απομακρυσμένη. Προκειμένου να πετύχουμε μέγιστη απόδοση κατά την εκτέλεση εφαρμογών σε NUMA συστήματα είθισται να τοποθετούμε τα δεδομένα όσο το δυνατόν πιο κοντά στον πυρήνα που τα προσπελαύνει. Παρ´όλα αυτά, με την αύξηση των εφαρμογών που εκτελούνται σε ένα μηχάνημα και του πλήθους των δεδομένων που αυτές επε- ξεργάζονται, αυτή η προσέγγιση παύει να αποτελεί πάντα τη βέλτιστη. Η συμφόρηση του διαύλου μνήμης εμφανίζεται ως ένας σημαντικός παράγοντας για τη βέλτιστη τοποθέτηση με όρους επίδοσης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε το πρόβλημα αυτό στο λειτουργικό σύστημα Linux. Αρχικά δείχνουμε το πώς επηρεάζεται ο χρόνος εκτέλεσης μιας εφαρμογής όταν αυξάνεται ο φόρτος εργασίας ενός μηχανήματος. Στη συνέχεια αναφέρουμε τις πολιτικές δέσμευσης μνήμης τις οποίες διαθέτει το λειτουργικό και δείχνουμε ότι δεν μας παρέχουν αρκετή ευελιξία στην τοποθέτηση δεδομένων. Έτσι, προτείνουμε και υλοποιούμε μια νέα πολιτική που επιτρέπει λεπτομερή (fine grain) κατανομή δεδομένων στον τοπικό και στους απομακρυσμένους κόμβους μιας NUMA αρχιτεκτονικής. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η ευελιξία που προσφέρει ο νέος μηχανισμός μπορεί να οδηγήσει υπό συνθήκες σε μείωση του χρόνου εκτέλεσης των εφαρμογών έως και κατά 38% σε σχέση με την προεπιλεγμένη.