CCoW: Optimeiddio Copi-ar-Ysgrifenedig Gan Ystyried yr Ardal Ofodol mewn Llwyth Gwaith Rhan 1

Crynodeb:

Mae copi-ar-ysgrifen (CoW) yn dechneg rheoli cof hanfodol sy'n galluogi rhannu tudalennau'n effeithlon rhwng prosesau. Yn benodol, wedi'i gyfuno CoW â'r fforch-alwad system, gall cymwysiadau, hyd yn oed ag ôl troed cof enfawr, gymryd cipolwg o'r data mewn cof cyfredol ar orbenion isel.

Mae data cof yn cyfeirio at ddata sy'n cael ei storio mewn cof cyfrifiadurol. Er ei fod yn wahanol i gof dynol, mae yna gysylltiad penodol rhwng y ddau.

Yn gyntaf, gall data cof hyrwyddo datblygiad cof dynol. Er enghraifft, gallwn ddefnyddio swyddogaethau cofnodi, storio ac adalw cyfrifiaduron i'n helpu i ddysgu, cofio a deall gwybodaeth. Mae technoleg fodern yn rhoi ffyrdd mwy effeithlon i ni o gofio a dysgu, sy'n sicrhau y gallwn feistroli gwybodaeth a sgiliau yn well.

Yn ail, gall data cof hefyd helpu pobl i reoli eu hatgofion yn well. Trwy drefnu a dosbarthu data yn daclus, gallwn ddod o hyd i'r wybodaeth sydd ei hangen arnom a'i dwyn i gof yn gyflymach, sy'n bwysig iawn i'n bywyd, ein gwaith a'n hastudiaeth.

Yn bwysicaf oll, mae data mewn cof yn atal colli cof dynol. Mae cof dynol yn gwanhau'n raddol dros amser, proses o'r enw "anghofio." Fodd bynnag, trwy storio data ar yriant caled cyfrifiadur, gallwn sicrhau y gellir cadw'r wybodaeth a'r atgofion sydd eu hangen arnom a'u hadalw ar unrhyw adeg.

Felly, gellir dweud bod y berthynas rhwng data cof a chof dynol yn gadarnhaol. Er na ddylem ddibynnu'n ormodol ar dechnoleg, gall defnydd rhesymol o ddata cof wella ein heffeithlonrwydd gwaith a'n canlyniadau dysgu, ein helpu i reoli cof yn well, ac atal anghofio. Gellir gweld bod angen i ni wella cof, a gall Cistanche deserticola wella cof yn sylweddol oherwydd bod Cistanche deserticola yn ddeunydd meddyginiaethol Tsieineaidd traddodiadol sydd â llawer o effeithiau unigryw, ac un ohonynt yw gwella cof. Daw effeithiolrwydd Cistanche deserticola o'r cynhwysion actif lluosog y mae'n eu cynnwys, gan gynnwys asid tannig, polysacaridau, glycosidau flavonoid, ac ati. Gall y cynhwysion hyn hybu iechyd yr ymennydd trwy amrywiaeth o lwybrau.

Cliciwch gwybod 10 ffordd i wella cof

Fodd bynnag, gan fod y CoW yn digwydd fesul tudalen yn y triniwr nam ar y dudalen, bob tro y bydd nam ar y dudalen yn digwydd, dylai'r system weithredu gymryd rhan. Mae hyn yn arwain at ddiraddio perfformiad sylweddol ar gyfer llwythi gwaith ysgrifennu-ddwys.

Mae'r papur hwn yn cynnig copi-ysgrifen seiliedig ar sylw (CCoW), cynllun CoW wedi'i optimeiddio sy'n ystyried yr ardal o ran mynediad cof i liniaru problem CoW. Mae CCoW yn mesur yr ardal ofodol mewn mannau cyfeiriadau proses gyda'r cysyniad o gwmpas.

Wrth brosesu CoW, mae CCoW yn copïo tudalennau lluosog ymlaen llaw ar gyfer rhanbarthau cof ardal uchel, a thrwy hynny leihau cyfranogiad OS ar gyfer llwythi gwaith ysgrifennu-ddwys. Rydym yn esbonio'r heriau ar gyfer mesur yr ardal leol ac yn darparu'r optimeiddio i roi'r cysyniad ar waith.

Mae gwerthusiad gyda phrototeip yn dangos y gall y dull hwn wella perfformiad cyffredinol ceisiadau hyd at 10% gydag ychydig bach o gof uwchben.

Geiriau allweddol: copi-ar-ysgrifennu; system cof rhithwir; fforch; Redis; nam tudalen.

1. Rhagymadrodd

Prif rôl system weithredu (OS) yw rheoli adnoddau system gwerthfawr, ac mae copi-ar-ysgrifennu (CoW) yn un o'r technegau rheoli cof mwyaf sylfaenol a fabwysiadwyd gan y mwyafrif o systemau gweithredu cyfoes.

Pan fydd angen yr un data ar ddwy neu fwy o brosesau, mae'r cynllun CoW yn caniatáu i brosesau rannu'r un tudalennau yn hytrach na dyblygu'r tudalennau ar unwaith. Mae'r tudalennau a rennir yn cael eu dyblygu ar-alw, dim ond pan fydd un o'r prosesau yn ysgrifennu at y tudalennau a rennir.

Gall systemau cof rhithwir ddarparu rhannu data yn effeithiol rhwng prosesau, ac mae nodweddion cof rhithwir amrywiol, megis dyblygu'r gofod cyfeiriad yn ystod ffyrch proses, dad-ddyblygu'r un tudalennau, a rhannu tudalennau sero, yn cael eu gweithredu yn seiliedig ar y copi-ar-ysgrifen [1–3]. Oherwydd y nodweddion hyn, gall cymwysiadau wneud copi ohonynt eu hunain gyda gofod uwchben isel, a defnyddio'r clôn yn briodol.

Er enghraifft, mae Redis, un o'r systemau storio gwerth-mewn-cof poblogaidd [4], yn defnyddio copi-ar-ysgrifennu ar y cyd â'r system fforc i alw am ddata cof parhaus i'r storfa. Wrth gyflwyno ceisiadau i mewn, mae prif broses Redis o bryd i'w gilydd yn silio proses plentyn gyda'r fforc. Mae'r broses plentyn yn dechrau gyda chipolwg cofeb union yr un fath â'r brif broses i gadw'r data cof yn y storfa.

Gan fod y ciplun wedi'i ynysu o ofod cyfeiriad y brif broses ond yn cael ei reoli gan y copi-ar-ysgrifen, nid oes angen unrhyw fecanwaith cymhleth ar y prif brosesau a phrosesau'r plentyn i gynnal y cysondeb rhwng y data cyfredol a'r ciplun.

Felly, gallwn ystyried bod copi-ar-ysgrifennu yn hanfodol yn y system cof rhithwir. Fodd bynnag, mae copi-ar-ysgrifennu cyfredol yn broblematig mewn cymwysiadau cof-ddwys gyda llwythi gwaith ysgrifennu-ddwys. Yn benodol, mae'r dyblygu data fel arfer yn digwydd yn y triniwr tudalenfault yn yr OS. Gan fod y dyblygu data yn cael ei brosesu fesul tudalen, gyda sawl ysgrifen, gall y broses achosi nifer sylweddol o ddiffygion tudalen.

Mae'r OS yn ymwneud â nam ar bob tudalen, gan arwain at switshis modd cnewyllyn defnyddiwr yn aml. O ystyried ôl troed cof enfawr cymwysiadau cof-ddwys, mae nifer y switshis modd yn fawr.

Yn ogystal, mae'r tabl tudalen yn cael ei addasu yn ystod y dyblygu, sy'n arwain at gyfieithiad o glustogfa o'r neilltu (TLB) yn saethu i lawr o'r holl greiddiau yn y system. Mae pob un o'r rhain yn golygu gorbenion nad ydynt yn ddibwys ac yn gwaethygu perfformiad y ceisiadau.

Mae’r papur hwn yn cynnig copi-ar-ysgrifen seiliedig ar sylw (CCoW), sef cynllun optimeiddio copi-ar-ysgrifen newydd. Pan fydd tudalen yn cael ei chyrchu ar gyfer ysgrifennu, mae'n debygol y bydd ei thudalennau cyfagos hefyd yn cael eu cyrchu'n fuan ar gyfer ysgrifennu oherwydd yr ardal ofodol mewn mynediadau cof. Mae CCoW yn manteisio ar yr ardal ofodol i leihau nifer y diffygion tudalennau ar gyfer copïo-ar-ysgrifen. Yn benodol, mae CCoW yn prosesu'r copi-ar-ysgrifen mewn gronynnedd mawr (a elwir yn rhanbarth).

Trwy gopïo tudalennau lluosog yn y triniwr namau tudalennau, gall CCoW leihau nifer sylweddol o ddiffygion tudalennau ar gyfer copïau ar-ysgrifen a gorbenion cysylltiedig. Fodd bynnag, mae graddau'r ardal ofodol yn amrywio'n fawr yn dibynnu ar leoliad y gofod cyfeiriad proses, a dim ond y gorbenion o ran amser a gofod y mae dyblygu rhannau ardal isel y cof yn mynd i'r afael â hwy.

Er mwyn goresgyn y diffyg hwn, rydym yn cynnig mecanwaith uwchben isel manwl gywir i asesu'r ardal ofodol yn y gofod cyfeiriad proses. Mae CCoW yn cyfrif nifer y copïau wrth ysgrifennu ac yn ysgrifennu ym mhob rhanbarth.

Trwy gario'r wybodaeth ardal dros ffyrch, gallwn amcangyfrif maint yr ardal ofodol, ac mae CCoW i bob pwrpas yn perfformio'r rhag-gopïo ar gyfer rhanbarthau ardal uchel. Gwnaethom weithredu'r cynllun CCoW arfaethedig yn y cnewyllyn Linux.

Gan eu bod wedi'u hintegreiddio i system cof rhithwir y system weithredu, gall cymwysiadau elwa o CCoW heb eu haddasu. Fe wnaethom ddadansoddi'r nodweddion perfformiad gyda microfeincnod, ac mae gwerthusiad gan ddefnyddio'r meincnod gyda llwythi gwaith realistig yn dangos y gall CCoW wella perfformiad y cais hyd at 10% gyda swm rhesymol o gof uwchben.

Trefnir gweddill y papur hwn fel a ganlyn. Yn Adran 2, rydym yn rhoi trosolwg o gefndir a gwaith cysylltiedig y papur, gan gynnwys y cof rhithwir a'r fforc. Rydym yn esbonio manylion cynllun Cyngor CoW a'i weithrediad yn Adran 3. Mae Adran 4 yn cyflwyno canlyniadau gwerthuso'r Cyngor. Yn olaf, rydym yn cloi’r papur hwn yn Adran 5.

2. Cefndir a Gwaith Cysylltiedig

2.1. Paging a Chof Rhithwir

Mae bron pob cyfrifiadur a system weithredu fodern yn mabwysiadu cof paging a rhithwir fel eu cynllun rheoli cof sylfaenol [5]. Rhennir y prif gof yn dudalennau o'r un maint, ac mae OSs yn dyrannu neu'n dyrannu cof o brosesau defnyddwyr yn yr uned dudalen.

Mae'r OSau hefyd yn cynnal mapiau o fylchau cyfeiriad prosesau i'r lleoliad ffisegol ar y system. Mae pob tudalen resymegol yn y gofod cyfeiriad proses wedi'i fapio i'w lleoliad ffisegol, ac mae'r mapio hwn yn cael ei storio ar ffurf tabl tudalen.

Er mwyn trin cyfeiriad cof ar gyfer proses, mae uned rheoli cof (MMU), cydran caledwedd yn y prosesydd, yn trosi'r cyfeiriad y gofynnwyd amdano i'w gyfeiriad corfforol trwy gyfeirio at y tabl tudalen. Mae'r tabl tudalen yn cynnwys cofnodion tabl tudalen (PTEs). Mae pob PTE yn cynnwys y wybodaeth fapio ac efallai y bydd ganddo feysydd ychwanegol ar gyfer disgrifio statws y dudalen gyfatebol a'r mapio.

Mae maint y dudalen, er ei fod yn benodol i bensaernïaeth, fel arfer yn 4 KB yn y rhan fwyaf o bensaernïaeth. Mae hyn yn awgrymu y dylai pob 4 KB yn y gofod cyfeiriad proses gael un PTE. O ystyried maint enfawr y gofod cyfeiriad proses, gall maint y tabl tudalen, hyd yn oed ar gyfer un broses, fod yn enfawr.

Er enghraifft, byddai'r tabl tudalen ar gyfer proses mewn 64-pensaernïaeth bit gyda 4 tudalen KB a 8-beit PTE yn 32 PB (264/212 × 8=255 beit) o ​​ran maint. Fodd bynnag, mae'r gofod cyfeiriad fel arfer yn denau ei boblogaeth, ac nid oes angen y rhan fwyaf o'r gofod cyfeiriad.

Mae hyn yn goleuo trefniadaeth hierarchaidd y tabl tudalennau. Mae'r tabl tudalen cyfan wedi'i rannu'n ddarnau tabl tudalen sy'n ffitio ar dudalen. Nid yw'r darnau tabl tudalennau yn cael eu dyrannu i ranbarthau cyfeiriadau heb eu dyrannu.

Gellir crynhoi'r darnau tabl tudalen poblog yn ddarnau tabl tudalen lefel ashigher. Mae'r cyfeiriad hwn yn cael ei ailadrodd nes bod darnau ar un dudalen yn unig yn bodoli, a thrwy hynny ganiatáu ffurf gryno o dablau tudalennau.

For more information:1950477648nn@gmail.com