1 Uma proposta para migração de páginas no Linux Guilherme A. A. Tesser (HP/PUCRS) Avelino F. Zorzo (PUCRS) PUCRS/HP – Porto Alegre - Brazil.

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1 1 Uma proposta para migração de páginas no Linux Guilherme A. A. Tesser (HP/PUCRS) Avelino F. Zorzo (PUCRS) PUCRS/HP – Porto Alegre - Brazil

2 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Sumário  Introdução  Escalonador do Linux  Balanceamento de carga em máquinas NUMA  Balanceamento de carga do Linux  Balanceamento de carga multi-nível  Migração de páginas  Resultados  Conclusão

3 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Introdução  Projeto PeSO (PUCRS e HP Brazil)  Pe squisa em S istemas O peracionais escaláveis  Escalabilidade de SOs em máquinas NUMA  Uso de benchmarks – gargalos encontrados  Novas soluções  Escalonamento: balanceamento de carga  Gerência de memória: migração de páginas

4 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Escalonador do Linux  O(1), desde kernel 2.5  Uma fila de processos por processador ( runqueue )  Afinidade de processador  Filas de prioridade dinâmicas  Fatia de tempo dinâmica  Processos I/O-bound, CPU-bound  Runqueue tem dois arrays : ativos e expirados

5 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Executa primeiro processo da lista Lista de todos processos com prioridade 7 Lista de todas as tarefas, por prioridade schedule() sched_find_first_set() bit 0 (prioridade 0) bit 7 (prioridade 7) 140 bit bitmap bit 139 (prioridade 139) Escalonador do Linux

6 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Balancemento de carga: NUMA SGI Altix 3000 Server (6 níveis de acesso à memória) HP Integrity Superdome (Orca) (3 níveis de acesso à memória) Dois exemplos

7 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Linux - Balanceamento de carga  Sobrecarga do processador  Para máquinas UMA balanceamento é simples  Em máquinas NUMA é mais complicado...  sched_domain - representa a topologia da máquina  SLIT – System Locality Information Table  ACPI – Advanced Configuration and Power Interface

8 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Balanceamento de carga: Linux  Periodicamente – eventos  Processos  Da fila de processos expirados  Processos com prioridades mais alta  Processos não devem  Ter afinidade de processador  ser cache-hot  Nova estrutura de domínios de escalonamento

9 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Linux – domínios de escalonamento  Exemplo de máquina com dois níveis  HP Integrity Superdome (Olympia)

10 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Linux – domínios de escalonamento  Máquinas com três ou mais níveis - problema  Linux construía somente estrutura com dois níveis  Três se mais de 16 nodos Não era correto !!

11 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Exemplo de tabela SLIT (HP Superdome) N1N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N12N13N14N15N16 N11017 29 N2171017 29 N317 101729 N417 1029 N529 1017 29 N629 171017 29 N729 17 101729 N829 17 1029 N929 1017 29 N1029 171017 29 N1129 17 101729 N1229 17 1029 N1329 1017 N1429 171017 N1529 17 1017 N1629 17 10

12 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Linux – Estrutura correta (Orca)

13 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Resultados - Kernbench  Três configurações  Domínios de escalonamento com dois níveis  1 nível com todos processadores no domínio de CPU (SMP)  1 nível com todos processadores no domínio de Nodo (NUMA)

14 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migração de páginas  Linux não implementa migração de páginas  Somente quando ocorre falta de página ( page fault )  Acesso à memória fica mais lento  Estratégias:  Migrar todas páginas assim que processo migrar  Migrar páginas conforme são acessadas

15 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar todas páginas S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4

16 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar todas páginas S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2

17 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar todas páginas S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2

18 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar todas páginas S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2 Depois move espaço de endereçamento do processo S2

19 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar todas páginas S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2 Depois move espaço de endereçamento do processo S2

20 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar sob demanda S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4

21 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar sob demanda S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2

22 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar sob demanda S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2

23 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar sob demanda S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2 Move parte do espaço de endereçamento do processo S2, quando acessado

24 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Migrar todas páginas S1S2 Processador 1 S3 Processador 2 S1S2S3 Processador 3 S4 Processador 4 S4 Balanceador de carga move processo S2 S2 Move parte do espaço de endereçamento do processo S2, quando acessado

25 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Resultados da simulação Tx acesso memória/ Tx acesso rep. memória20%40%60% 20% 1,9%3,6%5,1% 40% 3,9%7,1%9,9% 60% 5,5%10,4%13,7% 80% 7,1%12,8%17,5%  Comparação com a estratégia atual do Linux  Percentual de melhora

26 Faculdade de Informática – PUCRS – Congresso da SBC - WSO 2006 – Campo Grande – MS - Julho 2006. Conclusão  Nova hierarquia para balanceamento de carga  Patch disponível para Linux 2.6.14  http://www.inf.pucrs.br/peso  Novo esquema de migração de páginas  Sendo desenvolvido em cooperação com HP Labs  Melhora do desempenho do Linux para máquinas NUMA