Μονάδα:
Τμήμα Πληροφορικής & ΤηλεπικοινωνιώνΠληροφορική
Ημερομηνία κατάθεσης:
2024-08-05
Συγγραφέας:
ΧΑΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΑΓΓΕΛΟΣ ΔΩΡΟΘΕΟΣ
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Βασίλειος Καρακώστας, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Πρωτότυπος Τίτλος:
Improving the Locality of Page Table Walks in the Cache Hierarchy of Modern Microprocessors
Γλώσσες εργασίας:
Αγγλικά
Ελληνικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Βελτιώνοντας την Τοπικότητα του Πίνακα Σελίδων στην Ιεραρχία της Κρυφής Μνήμης Σύγχρονων Μικροεπεξεργαστών
Περίληψη:
Καθώς οι απαιτήσεις μνήμης των σύγχρονων εφαρμογών αυξάνονται, οι συμβατικοί πίνακες μετάφρασης σελίδων (TLB) των μικροεπεξεργαστών είναι συχνά ανεπαρκείς για να καλύψουν τα συνεχώς αυξανόμενα δεδομένα που επεξεργάζονται οι εφαρμογές αυτές, οδηγώντας σε συχνές αστοχίες TLB που προκαλούν χρονοβόρες διασχίσεις του πίνακα σελίδων λόγω προσβάσεων στην κύρια μνήμη.
Σε αυτή την πτυχιακή εργασία, προτείνουμε το PT-Baker, μια προσέγγιση λογισμικού που μειώνει την καθυστέρηση στη διάσχιση του πίνακα σελίδων για εφαρμογές με υψηλές αστοχίες TLB και ανεπαρκή τοπικότητα στον πίνακα σελίδων. Η βασική ιδέα του PT-Baker είναι η εισαγωγή ενός βοηθητικού νήματος στην εφαρμογή που περιοδικά πραγματοποιεί προσβάσεις μνήμης για να διατηρήσει τις καταχωρήσεις του πίνακα σελίδων της εφαρμογής εντός της ιεραρχίας της κρυφής μνήμης και να επιταχυνθεί με αυτόν τον τρόπο η μετάφραση εικονικών διευθύνσεων. Υλοποιούμε αυτή την προσέγγιση τόσο (i) σε επίπεδο χώρου χρήστη, όπου το βοηθητικό νήμα αγγίζει τη μνήμη της εφαρμογής ούτως ώστε να παράγει εκκούσια αστοχίες TLB και διασχίσεις στο πίνακα σελίδων για να φορτωθεί στην ιεραρχία της κρυφής μνήμης, όσο και (ii) σε επίπεδο πυρήνα, εισάγοντας μια νέα κλήση συστήματος που φορτώνει άμεσα τον πίνακα σελίδων της εφαρμογής στην ιεραρχία των κρυφών μνημών. Η προσέγγιση σε επίπεδο χρήστη αυξάνει την πίεση στην ιεραρχία της μνήμης γιατί φορτώνει και δεδομένα της εφαρμογής στην ιεραρχία των κρυφών μνημών, αλλά δεν απαιτείται εγκατάσταση τροποποιημένου πυρήνα λειτουργικού συστήματος. Η προσέγγιση σε επίπεδο πυρήνα φορτώνει άμεσα τις καταχωρήσεις του πίνακα σελίδων χωρίς να γεμίζει τη μνήμη με δεδομένα της εφαρμογής, αλλά απαιτείται επιπλέον τροποποίηση του πυρήνα.
Αξιολογούμε την προσέγγισή μας σε φυσικό και εικονικό σύστημα, καθώς και σε σύστημα με υψηλή πίεση μνήμης λόγω ανταγωνισμού στην ιεραρχία των κρυφών μνημών. Διεξάγουμε πολλαπλά πειράματα εξετάζοντας διάφορες παραμέτρους για να διαχειριστούμε την επιθετικότητα του βοηθητικού νήματος, και εξετάζουμε την τοποθέτησή του βοηθητικού νήματος στον μικροεπεξεργαστή για να αξιοποιήσουμε την ιεραρχία των κρυφών μνημών. Η αξιολόγηση μας δείχνει ότι το PT-Baker μπορεί να μειώσει τις προσβάσεις στην κύρια μνήμη έως και 83% και να βελτιώσει την απόδοση έως και 5.9% με την προσέγγιση επιπέδου χρήστη σε ένα φυσικό σύστημα. Με την προσέγγιση επιπέδου πυρήνα, το PT-Baker μπορεί να μειώσει τις προσβάσεις στην κύρια μνήμη έως και 99% και να βελτιώσει την απόδοση έως και 18%.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Τεχνολογία – Πληροφορική
Λέξεις-κλειδιά:
Εικονική Μνήμη, Μετάφραση Διευθύνσεων, Κρυφή Μνήμη Μετάφρασης Διευθύνσεων, Πίνακας Σελίδων, Ιεραρχία Κρυφών Μνημών, Τοπικότητα Κρυφής Μνήμης, Σύστημα Μνήμης
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
2
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
33
Αρχείο:
Δεν επιτρέπεται η πρόσβαση στο αρχείο έως 2025-02-05.
Thesis_Angelos_Chatzopoulos.pdf
3 MB
Δεν επιτρέπεται η πρόσβαση στο αρχείο έως 2025-02-05.
