毕设报告_全成

1、针对内存需求波动型程序的内核级性能优化方法研究全成指导老师：汪小林 罗英伟提纲 问题背景 设计方案 具体实现 测试结果 总结与展望背景 虚拟机的内存虚拟化方式页面(SP) 硬件辅助页面(HAP)SPHAP背景 HAP vs SP在64位系统中运行SPEC 2006进行比较运行64位测试集，SP全面优于HAP 运行32位测试集，SP与HAP不相上下 其中，SP在403.gcc的测试结果不如HAP背景问题原因 gcc程序存在反复的内存分配释放 堆中的大量Page Fault引起VM Exit，影响运行效率解决方案：Adaptive SP对glibc库中的malloc和free进行修改堆空间top

2、chunk的延迟释放映射空间的延迟释放存在问题 如果glibc库被静态链接到程序中，该优化将很难适用内核级优化的优点 不依赖于glibc库，从根本上进行优化 给Linux内核的发展提供参考背景glibc库函数：malloc, freeLinux系统调用：brk, mmap, munmapmmap系统调用do_mmap较大空间malloc较小空间堆增大brk系统调用 do_brk释放堆空间free堆缩小释放映射空间munmap系统调用do_munmap背景 Linux内核的进程地址空间管理设计方案修改brk, mmap, munmap系统调用mmap系统调用do_mmapmunmap系统调用do

3、_munmap堆缩小brk系统调用do_brk堆增大设计方案修改后的执行路径分配失败尝试从回收区分配mmap系统调用do_mmap回收失败尝试进行回收munmap系统调用do_munmap计算延迟缩小后的堆大小堆缩小brk系统调用do_brk堆增大具体实现brk系统调用部分在mm_struct中设置history_brk数组，记录brk调用的历史参数值brk参数值小于实际值时brk参数值 max_history_brk，brk缩小到max_history_brkbrk参数值 last_brk，brk保持不变brk执行序列效果模拟图(历史记录长度为3)brk调用参数值延迟减小的brk实际值具体实

4、现mmap/munmap系统调用部分 在mm_struct中添加mmap_rs结构数组记录回收区Linear Address Spacemmap_rs标记与回收 mmap时，对私有、映射块对应vma进行标记 munmap时，判断对应vma是否有标记，是则尝试进行收集空间重用 mmap时，如果是私有、映射，优先进行匹配最佳适配匹配成功：更新回收区信息匹配失败：释放除了最大的区域之外的其他区域具体实现引入开销很小数据结构均为静态变量访问和修改较少内存充足时可以适当占用内存不影响正确性 对回收区空间进行访问不会报错 malloc的原则：访问非法区域会造成不可预料的结果 对重用空间有清零处理 glib

5、c默认brk、mmap分配到的内存全零测试结果32位403.gcc测试结果与Adaptive SP对比300250200150100500原始情况brk优化mmap优化同时优化内核级内存延迟释放机制Adaptive SP减少18%减少5%测试结果内存消耗测试1000000800000优化前60000040000020000001000000800000优化后6000004000002000000驻留集大小(KB)驻留集大小(KB)测试结果总体性能测试SPEC 2006 32位 INT测试集测试结果6005004003002001000未采用机制采用机制测试结果Minor fault统计未应用

6、延迟释放机制应用延迟释放机制测试样本减少百分比401.bzip233,92528,57815.8%429.mcf2,5252,5240.0%456.hmmer8,0268,048-0.3%462.libquantum25,51626,050-2.1%471.omnetpp26,54526,3950.6%483.xalancbmk84,80480,4505.1%473.astart165,200128,00322.5%464.h264ref103,29734,09867.0%458.sjeng3,3163,3130.1%445.gobmk18,96118,3843.0%403.gcc11,520,815466,53996.0%400.perlbench287,304256,244