Utopia：通过限制性与灵活性混合的虚拟到物理地址映射实现快速高效地址转换
硬件体系结构
2023-10-09 v4
摘要
传统虚拟内存（VM）框架使虚拟地址能够灵活地映射到任意物理地址。这种灵活性需要庞大的数据结构来存储虚拟到物理的映射，从而导致较高的地址转换延迟以及内存层次中由转换引起的较大干扰。另一方面，限制地址映射使得虚拟地址只能映射到特定的一组物理地址，可通过紧凑高效的转换结构显著减少地址转换开销。然而，在整个主存上限制地址映射的灵活性会严重限制不同进程间的数据共享，并增加对存储设备交换空间的数据访问，即便存在空闲内存时也是如此。我们提出 Utopia，一种新型混合虚拟到物理地址映射方案，允许基于哈希的限制性映射方案与灵活性映射方案在系统中和谐共存。Utopia 的关键思想是使用两类物理内存段来管理物理内存：限制性与灵活性段。限制性段采用限制性的、基于哈希的地址映射方案，将虚拟地址仅映射到特定的一组物理地址，并利用紧凑转换结构实现更快的地址转换。灵活性段采用传统的完全灵活地址映射方案。通过将数据映射到限制性段，Utopia 实现了更快的地址转换并降低了转换引起的干扰。在单核系统中，Utopia 相较基线系统将性能提升了 24%，而先前最先进的连续性感知转换方案仅提升 13%。
引用
@article{arxiv.2211.12205,
title = {Utopia: Fast and Efficient Address Translation via Hybrid Restrictive & Flexible Virtual-to-Physical Address Mappings},
author = {Konstantinos Kanellopoulos and Rahul Bera and Kosta Stojiljkovic and Nisa Bostanci and Can Firtina and Rachata Ausavarungnirun and Rakesh Kumar and Nastaran Hajinazar and Mohammad Sadrosadati and Nandita Vijaykumar and Onur Mutlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.12205},
year = {2023}
}
备注
To appear in 56th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO), 2023