【摘要】：內(nèi)存空間緊張下頻繁的外存交換嚴(yán)重影響程序的運(yùn)行性能,在內(nèi)存過(guò)載時(shí)提高內(nèi)存利用率和減少外存交換問(wèn)題上,現(xiàn)有的研究主要集中在內(nèi)存壓縮和去重兩個(gè)方面,壓縮只能刪除頁(yè)內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù),不能做到頁(yè)與頁(yè)之間的相同數(shù)據(jù)刪除;將去重技術(shù)與系統(tǒng)虛擬內(nèi)存結(jié)合,刪除換出頁(yè)中的重復(fù)頁(yè),仍不能有效避免外存交換區(qū)訪問(wèn).提出一種內(nèi)存過(guò)載下基于重刪的內(nèi)存優(yōu)化策略.利用頁(yè)框回收算法選出適合去重的內(nèi)存頁(yè),過(guò)濾其中全零頁(yè)以減少存儲(chǔ)和去重計(jì)算開銷,刪除重復(fù)頁(yè)以提高內(nèi)存利用率,并通過(guò)存儲(chǔ)唯一數(shù)據(jù)頁(yè)于內(nèi)存去重區(qū),有效降低外存交換操作,同時(shí)提供可配置的去重內(nèi)存空間占用上限,避免過(guò)度去重引入的顛簸問(wèn)題.在IO密集型、計(jì)算密集型、及常規(guī)應(yīng)用場(chǎng)景下的實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,該策略能有效刪除重復(fù)內(nèi)存頁(yè),可以極大程度地減少外存交換操作,同時(shí)提高程序運(yùn)行性能最高可達(dá)54.013%.
【圖文】：

的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致物理機(jī)內(nèi)存中出現(xiàn)大量的重復(fù)數(shù)據(jù)，通過(guò)合并相同頁(yè)面可以有效的緩解內(nèi)存容量在虛擬化的瓶頸問(wèn)題．通過(guò)對(duì)應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)觀察，我們發(fā)現(xiàn)，不僅虛擬化環(huán)境中存在著大量的相同頁(yè)面，常用應(yīng)用運(yùn)行中同樣存在大量的相同數(shù)據(jù)頁(yè)．圖1為對(duì)［5］中的程序運(yùn)行時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)集分析結(jié)果．各列數(shù)據(jù)分別為以4K內(nèi)存頁(yè)為粒度進(jìn)行去重和壓縮的處理結(jié)果．x軸為不同應(yīng)用，y軸為經(jīng)過(guò)處理后節(jié)省的空間與原數(shù)據(jù)集的比．圖中顯示在7個(gè)數(shù)據(jù)集中都存在大量的重復(fù)頁(yè)，如果能刪除這些重復(fù)數(shù)據(jù)僅保留唯一的數(shù)據(jù)頁(yè)，，將極大的提高內(nèi)存利用率，在內(nèi)存緊張情況下提供更多可用內(nèi)存空間．通過(guò)與內(nèi)存壓縮系統(tǒng)中常用壓縮算法LZ0、LZ4［5，9］對(duì)比發(fā)現(xiàn)，常見(jiàn)應(yīng)用中，使用內(nèi)存重復(fù)頁(yè)刪除在多數(shù)情況下明顯優(yōu)于數(shù)據(jù)壓縮，可以節(jié)省更多的內(nèi)存空間以提供應(yīng)用程序使用．同時(shí)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中存在著一定比例的全零頁(yè)，如果能使用一個(gè)字節(jié)甚至更小的空間替代內(nèi)存中全零頁(yè)的存儲(chǔ)，將進(jìn)一步節(jié)省內(nèi)存空間．圖1去重和壓縮算法對(duì)不同應(yīng)用運(yùn)行時(shí)候內(nèi)存數(shù)據(jù)處理Fig．1Processingresultsformemorydataofdifferentapplicationsusethededuplicationandcompressionalgorithms不同于備份和歸檔系統(tǒng)［15］的寫主導(dǎo)極少情況下讀和修改的特點(diǎn)，內(nèi)存數(shù)據(jù)時(shí)刻都在變化，對(duì)時(shí)間有更高的敏感性．同時(shí)，內(nèi)存去重對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能優(yōu)化效果受應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的重復(fù)率和訪問(wèn)模式影響，如果不能選擇出合適的去重頁(yè)面同時(shí)正確處理去重時(shí)間，將引入頻繁去重和數(shù)據(jù)恢復(fù)顛簸問(wèn)題，進(jìn)而影響系統(tǒng)的整體性能．針對(duì)上述問(wèn)題，本文提供了一種內(nèi)存過(guò)載下基于重刪的內(nèi)存優(yōu)化策略DSWAP(DeduplicationofSWAP)，在內(nèi)存過(guò)載時(shí)利用頁(yè)框回收算法PFＲA(pageframereclaimingalgorithm)?

定壓縮空間大小，文獻(xiàn)［7］依據(jù)應(yīng)用程序不同需求和數(shù)據(jù)局部性動(dòng)態(tài)調(diào)整壓縮空間大小以達(dá)到性能最優(yōu)效果．文獻(xiàn)［12］提出對(duì)換出頁(yè)面進(jìn)行壓縮，并將其存儲(chǔ)在交換緩存中，以減少系統(tǒng)對(duì)交換區(qū)操作次數(shù)同時(shí)便于快速響應(yīng)系統(tǒng)換入請(qǐng)求．壓縮策略的本質(zhì)是利用不斷增大的CPU處理能力和磁盤操作延遲之間的差距，即內(nèi)存緊張時(shí)通過(guò)未充分利用的CPU計(jì)算能力進(jìn)行頁(yè)面壓縮以提高內(nèi)存利用率．然而，壓縮只能刪除頁(yè)內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù)，不能做到頁(yè)與頁(yè)之間的相同數(shù)據(jù)頁(yè)共享，如圖1所示在常規(guī)應(yīng)用下相同頁(yè)面共享的數(shù)據(jù)去重能達(dá)到更好的壓縮率．圖2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖Fig．2Systemstructure2．2內(nèi)存去重策略內(nèi)存去重方面，KSM［3］通過(guò)周期掃描內(nèi)存頁(yè)合并相同數(shù)據(jù)頁(yè)的方式提高內(nèi)存利用率．然而該方法只對(duì)相對(duì)靜態(tài)的內(nèi)存頁(yè)有較好的去重效果，并且，周期的掃描匿名頁(yè)以發(fā)現(xiàn)新的合并機(jī)會(huì)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間［1］．文獻(xiàn)［2］通過(guò)頁(yè)內(nèi)共享提供更細(xì)粒度的頁(yè)內(nèi)共享方案并對(duì)非頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)頁(yè)壓縮進(jìn)一步提高內(nèi)存利用率，減少外存交換操作．文獻(xiàn)［13］提出將重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)［17］應(yīng)用到系統(tǒng)交換操作中，頁(yè)面從內(nèi)存換到磁盤交換區(qū)前檢測(cè)并刪除重復(fù)數(shù)據(jù)頁(yè)以減少磁盤I/O，其采用SHA-1算法計(jì)算頁(yè)面指紋和基數(shù)(radixtree)索引唯一數(shù)據(jù)頁(yè)元數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)［14］在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用MD5算法計(jì)算數(shù)據(jù)頁(yè)指紋以及Hash-table索引元數(shù)據(jù)減少計(jì)算代價(jià)和內(nèi)1244小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2017年

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