SCSとMetaの研究者がデータセンターにおける慢性的なメモリ管理問題を解決(SCS, Meta Researchers Resolve Chronic Memory-Management Problem in Datacenters)

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2023-06-26 カーネギーメロン大学

◆カーネギーメロン大学の研究チームとMetaは、データセンターにおけるメモリ管理の改善を目指し、オペレーティングシステムとハードウェアを再設計しました。従来の仮想メモリのアプローチでは、物理的に連続した大容量のメモリを割り当てることが前提でしたが、実際のデータセンターではメモリの連続性が不足していることが判明しました。
◆チームはContiguitasというシステムを開発しました。Contiguitasは十分な物理的メモリの連続性を提供し、仮想メモリのオーバーヘッドを削減します。Metaのデータセンターで実際の運用環境でテストされ、エンドツーエンドのアプリケーションパフォーマンスが2〜18%向上したことが確認されました。
◆この研究は、データセンターにおけるメモリ管理の長期的な課題に対する実用的で将来にわたって有効な解決策であることを示しています。Contiguitasの導入により、データセンターのパフォーマンスが向上し、効率的なメモリ管理が実現されることが期待されます。

 

<関連情報>

Contiguitas: データセンターにおける物理メモリの連続性の追求 Contiguitas: The Pursuit of Physical Memory Contiguity in Datacenters

Kaiyang Zhao,Kaiwen Xue,Ziqi Wang,Dan Schatzberg,Leon Yang,Antonis Manousis,Johannes Weiner,Rik van Riel,Bikash Sharma,Chunqiang Tang,Dimitrios Skarlatos
50th International Symposium on Computer Architecture (ISCA)

ABSTRACT

The unabating growth of the memory needs of emerging datacenter applications has exacerbated the scalability bottleneck of virtual memory. However, reducing the excessive overhead of  address translation will remain onerous until the physical memory contiguity predicament gets resolved. To address this problem, this paper presents Contiguitas, a novel redesign of memory management in the operating system and hardware that provides ample physical memory contiguity. We identify that the primary cause of memory fragmentation in Meta’s datacenters is unmovable allocations scattered across the address space that impede large contiguity from being formed. To provide ample physical memory contiguity by design, Contiguitas first separates regular movable allocations from unmovable ones by placing them into two different continuous regions in physical memory and dynamically adjusts the boundary of the two regions based on memory demand. Drastically reducing unmovable allocations is challenging because the majority of unmovable pages cannot be moved with software alone given that access to the page cannot be blocked for a migration to take place. Furthermore, page migration is expensive as it requires a long downtime to (a) perform TLB shootdowns that scale poorly with the number of victim TLBs, and (b) copy the page. To this end, Contiguitas eliminates the primary source of unmovable allocations by introducing hardware extensions in the last-level cache to enable the transparent and efficient migration of unmovable pages even while the pages remain in use.

1603情報システム・データ工学
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