De volta ao passado : memória virtual com segmentação para máquinas com memória RAM

Abstract

Resumo: Memória virtual foi concebida na década de 1960 para contornar as limitações de uma memória RAM escarça e cara. Nos próximos anos esperamos ter computadores com 264 bytes de memória RAM instalada. A paginação sob demanda é ineficiente para sistema com uma grande quantidade de memória porque o espaço (tabela de páginas) e o tempo (page walks) são custosos. Propomos a utilização de segmentação de memória e criação de um buffer de segmentos (segment buffer - SB) para diminuir o numero de mapeamentos entre memória virtual e física. Para testar nossa proposta coletamos traços de execução de 6 aplicações reais e comparamos a quantidade de faltas entre TLBs e SBs de tamanho e complexidade similares aos encontrados em processadores comerciais. A quantidade de faltas nas SBs é de 2 a 4 ordens de magnitude menores que as TLBs. Discutimos as implicações no projeto de sistemas com segmentação e SBs. Palavras-chave: Memória Virtual, Segmentação, Paginação sob-demanda, Simulação.

Abstract: Virtual Memory was devised in a time of scarce resources. In the coming decade we expect to see physical memory systems populated with 264 bytes of RAM. Demand paging is inefficient for such large memories because the space (Page Tables) and time (Page Table walks) overheads become too high. We propose a segmented memory model with a segment buffer (SB) to reduce the number of virtual to physical address mappings. To test the proposal we collected execution traces from 6 applications and then measured the miss ratios for TLBs and Segment Buffers (SBs) of similar complexity to those found in current x86-64 processors. The miss rates for SBs are 2 to 4 orders of magnitude smaller than those for TLBs. We discuss some of the design implications of segmented systems and of SBs. Keywords: Virtual Memory, Segmentation, Demand paging, Simulation.