The conventional virtual-to-physical address mapping scheme enables a virtual address to flexibly map to any physical address. This flexibility necessitates large data structures to store virtual-to-physical mappings, which incurs significantly high address translation latency and translation-induced interference in the memory hierarchy, especially in data-intensive workloads. Restricting the address mapping so that a virtual address can map to only a specific set of physical addresses can significantly reduce the overheads associated with the conventional address translation by making use of compact and more efficient translation structures. However, restricting the address mapping flexibility across the entire main memory severely limits data sharing across different processes and increases memory under-utilization. In this work, we propose Utopia, a new hybrid virtual-to-physical address mapping scheme that allows both flexible and restrictive hash-based address mapping schemes to co-exist in a system. The key idea of Utopia is to manage the physical memory using two types of physical memory segments: restrictive segments and flexible segments. A restrictive segment uses a restrictive, hash-based address mapping scheme to map the virtual addresses to only a specific set of physical addresses and enable faster address translation using compact and efficient translation structures. A flexible segment is similar to the conventional address mapping scheme and provides full virtual-to-physical address mapping flexibility. By mapping data to a restrictive segment, Utopia enables faster address translation with lower translation-induced interference whenever a flexible address mapping is not necessary. Our evaluation using 11 data-intensive workloads shows that Utopia improves performance by 32% on average in single-core workloads over the baseline four-level radix-tree page table design.


翻译:常规的虚拟到物理地址映射计划使虚拟地址能够灵活地映射到任何物理地址。这种灵活性需要大型数据结构来存储虚拟到物理地图,这需要大量的数据结构来存储虚拟到物理的映射,在记忆层中,特别是在数据密集型工作量中,需要大量高超的地址翻译延缓和翻译干扰。将地址映射限制在仅可映射到一套特定的物理地址的情况下,这样虚拟地址只能映射到一套特定的物理地址中,通过使用压缩和更有效的翻译结构,可以大大减少与传统地址翻译相关的间接费用。但是,限制整个主记忆层的映射灵活性严重限制了不同进程之间的数据共享,并增加了正在使用的记忆。在此工作中,我们提议乌托巴式,一个新的混合虚拟到虚拟的虚拟到物理的地址映射计划,允许在单一的虚拟到快速的地址上进行灵活和快速的地址转换。 乌托巴式的关键思想是使用两种类型的物理记忆区块来管理与常规的缩略图部分,通过常规的缩略图向11个图像进行类似的缩图。

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