MIPS VZ 虚拟化环境中透明大页性能的优化①

朱 琛 王 剑 高 翔 毛碧波 杨小娟

(*计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190)

(**中国科学院计算技术研究所 北京100190)

(***中国科学院大学 北京100049)

(****龙芯中科技术有限公司 北京100190)

0 引言

内存管理是影响计算机性能的重要因素之一,操作系统的虚实地址转换依赖于CPU 的内存管理单元(memory management unit,MMU),在访存密集型应用中MMU 重填地址转换缓冲器(translation lookaside buffer,TLB) 的开销容易成为性能瓶颈[1-2]。在硬件辅助虚拟化环境中,为了减少虚拟机内存缺页的次数,往往采用两级TLB,一个虚拟机的虚拟地址转换需要两个TLB 表项,这进一步加重了该问题。采用内存大页技术可以明显增大TLB对内存的覆盖率,通常可以减少TLB 的缺页次数,因此常被用于优化虚拟机访存[3]。现有很大一部分处理器采用分组TLB 实现对大小页的支持。透明大页分配机制在面对使用大容量连续数据集、访存频繁且局部性差的程序时会造成这类处理器的TLB 负载不均衡,影响系统性能。本文针对这一问题提出了一种优化TLB 负载均衡度的方法,并创新地提出了一种高效的TLB 负载均衡度监测机制和基于负载不均衡度的大页调度策略。

本文的内容如下,第1 节以MIPS 处理器为例介绍了MMU 中内存硬件辅助虚拟化的方法和MMU 对大页的支持。第2 节以包含虚拟化组件(virtualization module,VZ)扩展的龙芯3A4000 处理器为平台,通过实验对比了MIPS 处理器在虚拟化环境下启动大页前后SPEC CPU 2006 测试中的性能。第3 节对SPEC CPU 2006 测试中性能异常的项目进行了分析。第4 节对现有的内存分页策略进行了改进。……