キャッシュミス削減によるLinuxプロセススケジューラの高速化

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  • キャッシュミス サクゲン ニ ヨル Linux プロセススケジューラ ノ コウソクカ
  • Speeding Up Linux Process Scheduler by Reducing Cache Misses

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抄録

本論文では，高負荷時におけるLinux スケジューラの高速化を目的とした，カーネル内部のタスク構造体に対するキャッシュカラーリングの実装方式を提案する．従来のLinux カーネルでは，タスク構造体が物理ページ境界に配置されていなければならないという制約があった．本方式は，タスク構造体の先頭アドレスを，その上位ビットを用いてハッシュすることによってこの制約を解消し，これまで困難とされていたタスク構造体のカラーリングをLinux カーネルで実現した．これにより，8-way Pentium III サーバ上でWeb サーバ性能が最大23.3%，Chat サーバにおけるメッセージスループット性能が最大89.6%向上した．本論文では，性能向上を評価するだけではなく，実機上でのメモリバストランザクションやキャッシュミス率を実測することで，キャッシュカラーリングのメモリ特性を分析し，カラーリングを効率的に利用するための条件についても明らかにする．

In this paper, we propose the experimental implementation of cache coloring for a task structure to speed up Linux process scheduler. In the current Linux kernel implementation, the task structure is always aligned on a page boundary in a physical address space. By hashing the base address of the task structure with its upper bits, our coloring scheme can cancel this restriction and realize the cache coloring for a task structure which has been difficult to implement until now on the Linux kernel. The experimental results on an 8-way Pentium III server machine showed that the Web server performance and Chat server performance achieves a maximum of 23.3% and 89.6% improvement compared to the standard kernel, respectively. Moreover, we also demonstrate the memory characteristics of our coloring scheme and clarify about its effective conditions by measuring memory-bus transactions and a cache miss ratio on a real machine.

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