Algoritmo Adaptativo de Substituição de Páginas LRU-WAR : Exploração do Modelo LRU com Detecção de Acessos Seqüenciais

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

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

Página 4 KB 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 Memória Virtual com Paginação

Problema da Substituição: Qual página deve ser retirada da memória? 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 LRU FIFO MRU LFU

ordem decrescente de recência dos acessos Fila LRU (memória) 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)

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 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 • 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 • 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

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