Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais Hugo Henrique Cassettari Edson Toshimi Midorikawa EPUSP - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo PCS - Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais

Objetivo Apresentar o LRU-WAR: Um algoritmo adaptativo de substituição de páginas que visa minimizar as falhas detectadas no algoritmo LRU sem perder a sua simplicidade computacional. I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Apresentação Algoritmos de substituição de páginas Memória virtual paginada Algoritmo LRU Algoritmos adaptativos Principais propostas e contribuições Algoritmo LRU-WAR Motivação e idéia geral Descrição operacional detalhada Avaliação de desempenho I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Memória Virtual com Paginação 4 KB Página Área de Swap (Disco) Memória Principal I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Problema da Substituição: Qual página deve ser retirada da memória? Memória Virtual com Paginação Problema da Substituição: Qual página deve ser retirada da memória? LRU FIFO MRU LFU I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

ordem decrescente de recência dos acessos Algoritmo LRU (Least Recently Used) Fila LRU (memória) ordem decrescente de recência dos acessos I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Algoritmo LRU (Least Recently Used) Benefícios Critério de substituição eficiente na maioria dos casos Conceitualmente muito simples Baixo overhead (via aproximações) Deficiências Acessos seqüenciais em um grande número de páginas distintas Acessos dentro de grandes loops Freqüência irregular de acessos a uma mesma página I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Propriedade da Localidade nos Programas Localidade de referências Concentração dos acessos realizados à memória em determinadas regiões do espaço de endereçamento utilizado pelo programa Temporal e/ou espacial Working set Conjunto das páginas requeridas para o processamento de um programa num certo intervalo de tempo I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Algoritmos Adaptativos de Substituição Adaptam seu comportamento em uma execução Atuam de acordo com as características de acesso à memória detectadas Podem: Modificar o tamanho da memória utilizada Modificar o critério de substituição de páginas Modificar os parâmetros associados ao critério vigente Modificar as suas próprias regras adaptativas I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Propostas Adaptativas SEQ e EELRU Modelo LRU Identificação de acessos seqüenciais LIRS Previsão de acessos baseada na última reutilização de cada página ARC e CAR Estratégia do algoritmo 2Q: duas filas para gerenciar a memória Recência e freqüência dos acessos analisadas em conjunto DEAR, AFC e UBM Reconhecimento dinâmico de padrões de acesso à memória I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Proposta LRU-WAR (Working Area Restriction) Como o SEQ e o EELRU, procura detectar padrões de acesso seqüenciais Utiliza LRU ou MRU-n Princípio: Analisar a proporção de faltas de página em relação ao número máximo de páginas referenciadas (hits) entre cada falta O algoritmo verifica a reutilização das páginas carregadas no modelo LRU e compara com o número de faltas de página recentes I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Área de Trabalho (Working Area) Porção inicial da fila LRU em que todas as páginas referenciadas entre duas faltas consecutivas se encontravam no momento do respectivo acesso I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Regiões da Fila LRU Parâmetro L=MIN[50,M/2]: delimita a região seqüencial Parâmetro C=5: delimita a região protegida I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Tendência Seqüencial Área de trabalho pequena o suficiente para indicar baixa reutilização de páginas I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Operação Seqüencial Área de trabalho pequena o suficiente para indicar baixa reutilização de páginas Número de faltas de página – desde o início da tendência seqüencial – maior que o tamanho da área de trabalho I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Estados de Execução Previstos I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Pontos de Substituição do LRU-WAR I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Exemplo de Simulação Identificação e atualização dinâmica da área de trabalho: I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Mecanismo para Detecção de Erros Tempo de carência antes do início de uma operação seqüencial I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Versões do Algoritmo LRU-WAR Offline Completa, mas teórica Atualiza a fila LRU após cada acesso à memória Online Aproximada, mas factível Atualiza a fila LRU somente após uma falta de página I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Metodologia para Avaliação de Desempenho I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Simulações Realizadas 527 simulações com 7 programas, representados por traces que compõem o pacote VMTrace I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Gráficos de Desempenho I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

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Resultados Obtidos I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Conclusão Algoritmo LRU-WAR Trabalhos futuros Agradecimentos Proposta simples e inédita Cumpre sua meta: é eficiente se acessos seqüenciais predominam Mostra-se confiável: seu pior desempenho constatado é aceitável Overhead discutível Trabalhos futuros Adaptação para viabilizá-lo em ambientes com multiprogramação Desenvolvimento e implementação prática da nova estratégia Sistema de gerenciamento de memória completo Agradecimentos Scott F. Kaplan (Amherst College) Yannis Smaragdakis (Georgia Institute of Technology) I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP

Contato ESCOLA POLITÉCNICA DA USP Hugo Henrique Cassettari: hugo.cassettari@poli.usp.br Edson Toshimi Midorikawa: edson.midorikawa@poli.usp.br ESCOLA POLITÉCNICA DA USP Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais Laboratório de Arquitetura e Software Básico Av. Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, Cidade Universitária CEP: 05508-900, São Paulo-SP www.lasb.pcs.poli.usp.br I WSO / 2004 – Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR: Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais - EPUSP