页面分配器的研究和实现

电科论文 相关文章　审编：小助　来源：网摘

大部分现代操作系统实现了基于分页的虚拟存储器系统。物理内存被划分成大小相同的页帧,页面分配器管理所有的页帧,负责分配和释放物理页面。页面级操作是内核代码的关键路径,页面分配器的评价标准首先是必须快,其次是外部碎片和内部碎片必须少。 本文研究和改进了Linux的页面分配器。利用内核探测器Kprobe,提出了一种大量采集内核态数据的方法,随后对Linux内核进行数据采集分析,发现页面分配器超过99%的操作是用于单个页面,而且绝大部分被使用页帧是用于单个页面的分配。Linux

2.4采用伙伴系统作为页面分配器以解决外部碎片问题,但主要缺点是反复的合并和剖分操作导致性能较差,2.6内核使用热/冷页层解决该问题。本文提出一种新的页面分配算法,该算法特别优化单个页面的处理,也能满足连续页帧的请求,算法的时间复杂度近似O⒈。新算法在Linux 2.6.9下实现,生成的新内核进行了内核编译时间和lmbench两个基准测试,测试表明内核编译时间在单处理器情况下有一定提高,双处理器情况下性能相当。在双处理器情况下lmbench测试新内核的大部分测试数据优于原有内核。

页面分配器实现包含了页面放置策略的选择,合适的页面放置算法可以减少高速缓存冲突,从而提高高速缓存性能。

本文具体分析了页面分配器对高速缓存性能的影响,然后研究了几种页面放置算法,继而进行实例分析,包括页面着色算法在FreeBSD 5.4中的实现以及全局箱跳算法在NetBSD 2.0中的实现。

本文解决了实现页面放置算法所面临的技术问题,包括高速缓冲级别的选择、高速缓冲大小的获取、对称多处理和超线程体系结构对页面放置算法的影响。 Linux操作系统目前的放置策略为随机策略,本文研究了Linux下实现页面放置算法的可能性,分析并解决了相关的技术问题。本文在Linux 2.6.9下实现了全局箱跳算法,性能测试表明该算法并没有明显改善性能,随着高速缓存组关联度的增大,页面放置算法对系统性能的影响正在减弱。

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