| Περίληψη |
Οι πρόσφατες προσπάθειες για βελτιστοποίηση της απόδοσης αλλά και της κατανάλωσης ισχύος των μεγάλης κλίμακας Δατα εντερς έφερε τους λεγόμενους Μι-ςροσερερς στο προσκήνιο, οι οποίοι αποτελούνται από μικρότερης κατανάλωσης Υπολογιστικές Μονάδες (YΜ) συγκρινόμενοι με τις παραδοσιακές αρχιτεκτονικές. Η κεντρική ιδέα είναι ότι χρησιμοποιώντας μεγάλο αριθμό από τέτοιες YΜ μπορούμε να κατασκευάσουμε μία πολυπύρηνη μηχανή που θα έχει υψηλή απόδοση στις πολυ-νηματικές εφαρμογές και παράλληλα θα έχει χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση. Σε τέτοιες μηχανές, οι ακριβοί πόροι αναγκαστικά διαμοιράζονται μεταξύ των YΜ, καθώς δεν γίνεται να αποδοθούν πόροι για κάθε YΜ ξεχωριστά. Ωστόσο, η διαμοίραση των πόρων αυτών απαιτεί την υλοποίηση κατάλληλων μηχανισμών στο Λειτουργικό Σύστημα (ΛΣ) και γενικότερα στο επίπεδο του λογισμικού.
Σε αυτήν την εργασία, ερευνήσαμε και υλοποιήσαμε μηχανισμούς στο ΛΣ και
στο επίπεδο διεργασιών, οι οποίοι είναι απαραίτητοι για την χρησιμοποίηση YΜ βασισμένων σε αρχιτεκτονικές ARM σε μεγάλης κλίμακας συστήματα. Yλοποιήσαμε την διαμοίραση πόρων δύο ειδών, χρησιμοποιώντας τους διαθέσιμους μηχανισμούς
του υλικού, όπως η Remote Load / Store και Remote Load / Store. Συγκεκριμένα,
υλοποιήσαμε μηχανισμούς για την απομακρυσμένη προσπέλαση μνήμης και την χρησιμοποίηση μιας κοινής και virtualized 10 Gbps διεπαφής δικτύου η οποία μπορεί να
χρησιμοποιείται από πολλές ΨΜ ταυτόχρονα.
Η χρησιμοποίηση της απομακρυσμένη μνήμης υλοποιήθηκε με τους εξής ακόλουθους τρόπους: (1) Σαν επέκταση της τοπικής DRAM μίας YΜ, (2) Σαν απομακρυσμένη συσκευή για Swap, και (3) Σαν απομακρυσμένη συσκευή χαρακτήρων που χρησιμοποιείται απευθείας από τις διεργασίες. Δείχνουμε ότι η χρήση της απομακρυσμένης μνήμης σε ένα σύστημα με ΛΣ δεν επιφέρει μείωση της απόδοσης.
Η από κοινού χρήση της διεπαφής δικτύου 10 Gbps επιτυγχάνεται με ένα οδηγό
στο ΛΣ, τον οποίο υλοποιήσαμε και ο οποίος επιτρέπει στο ΛΣ να βλέπει την διεπαφή αυτή σαν κλασσική διεπαφή Ethernet. Αυτό είναι απαραίτητο για να μπορούν να
τρέξουν διεργασίες που χρησιμοποιούν τα Berkeley Sockets, χωρίς να χρειάζεται να
τροποποιηθούν. Ο οδηγός χρησιμοποιεί Scatter/Gather DMA για γρήγορη και zero-copy μετάδοση και παραλαβή πακέτων και λειτουργεί σε Full-Duplex χρησιμοποιώντας δύο ξεχωριστά κανάλια της DMA μηχανής. Επιπλέον, υποστηρίζει μηχανισμούς Interrupt Coalescing και μπορεί να διαχειριστεί τα MAC και PHY μέρη του υλικού μέσω του πρωτοκόλλου Management Data Input/Output (MDIO).
Η εργασία αυτή δείχνει ότι πράγματι μπορούμε να φτιάξουμε ένα σύστημα βασισμένο σε YΜ αρχιτεκτονικής ARM, οι οποίες δεν είναι σχεδιασμένες να λειτουργούν
σε ένα τέτοιο σύστημα. Πιστεύουμε ότι αυτή η εργασία θα γίνει ακόμα πιο σημαντική στο μέλλον, καθώς νέες 64-μπιτες πλατφόρμες ARM εμφανίζονται, οι οποίες στοχεύουν να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλης κλίμακας Data Centers.
|
Operating system mechanisms for remote resource utilization in ARM microservers
