Boosting performance of directory-based cache coherence protocols by detecting private memory blocks at subpage granularity and using a low cost on-chip page table

Çok çekirdekli işlemciler'de (CMP) yüksek performans sağlamak için etkili önbellek tutarlılık protokolleri ve yanı sıra hızlı sanal-fiziksel adres çeviri mekanizmaları gerekir. Dizin (Directory) temelli önbellek tutarlılık protokolleri çok çekirdekli işlemcilerede, veri bloklarının son seviye özel önbelleklerde tutarlı bir Şekilde bulunmasını sağlamak amacıyla yaygın bir şekilde kullanılan bir yaklaşımdır. Ancak, dizin yapılarının büyük fiziksel alan işgal etmeleri ve önbellek ilişkilendirmesinin yüksek olması sebebiyle, çekirdek sayısı çoğaldıkça ölçeklenebilirlik derecesi düşebilir. Daha önceki çalışmalarda gösterildiği gibi, veri bloklarının önemli bir yüzdesi sadece tek bir çekirdek tarafından erişilir. Bu nedenle, dizin yapısında bu veri bloklarınını takip etmek gerekli değildir. Bu tez, iki büyük katkıyı sunmaktadır: ilk olarak, daha önceki çalışmalarda önerilmiş olan sayfa düzeyini göze alarak sınıflandırmaya göre, alt sayfa düzeyinde veri bloklarını sınıflandırma önemli bir ölçüde daha çok özel veri bloklarının tespit edilmesine yardımcı olabileceğini gösterdik. Sonuç olarak, bu yaklaşım, benzer sayfa düzeyinde sınıflandırma yaklaşımlarına göre, dizinde takip edilmesi gereken blokların yüzdesini önemli bir ölçüde düşürür. Bu da, olabildiğince çok çekirdekli işlemcilerde performansa zarar vermeden daha küçük ve daha az ilişkilerdirmeli olan önbellek dizinlerinin kullanılmasını mümkün kılıp, böylece dizin yapısının çekirdek sayısının çoğalmasıyla beraber ölçeklenmesine yardım eder. Ancak alt sayfa düzeyinde bellek bloğu sınıflandırma, işletim sisteminin sayfa tablosu girdilerinde saklanan alt sayfalara ait bakım bitlerinin güncelleme yükselmesine neden olabilir. Bu yüzden alt sayfa düzeyinde veri sınıflandırma performans avantajlarının bir kısmı boşa çıkarılabilir. Bunun üstesinden gelmek için, ikinci bir katkı olarak, bu tezde dağıtımlı yonga üstü sayfa tablosu kavramı önerilmektedir. Önerilen yonga üstü sayfa tablosu sistemde en son erişilmiş olan sayfaları saklamaktadır. Simülasyon sonuçlarımıza göre, önerdiğimiz yöntem ortalama olarak dizin belleklerin tahliye sayısı oranını 58% azaltmaktadır. Ayrıca, yonga üstü sayfa tablosu işletim sistemi sayfa tablosu erişimini 84% azaltıp ve o yüzden sistem performansında ilerlemeye yardımcı olmaktadır.