CXL (Compute Express Link) enables multiple hosts to share byte-addressable memory with hardware cache coherence, but no existing filesystem exploits this for lock-free multi-host coordination. We present DaxFS, a Linux filesystem for CXL shared memory that uses cmpxchg atomic operations, which CXL makes coherent across host boundaries, as its sole coordination primitive. A CAS-based hash overlay enables lock-free concurrent writes from multiple hosts without any centralized coordinator. A cooperative shared page cache with a novel multi-host clock eviction algorithm (MH-clock) provides demand-paged caching in shared DAX memory, with fully decentralized victim selection via cmpxchg. We validate multi-host correctness using QEMU-emulated CXL 3.0, where two virtual hosts share a memory region with TCP-forwarded atomics. Under cross-host contention, DaxFS maintains >99% CAS accuracy with no lost updates. On single-host DRAM-backed DAX, DaxFS exceeds tmpfs throughput across all write workloads, achieving up to 2.68x higher random write throughput with 4 threads and 1.18x higher random read throughput at 64 KB. Preliminary GPU microbenchmarks show that the cmpxchg-based design extends to GPU threads performing page cache operations at PCIe 5.0 bandwidth limits.


翻译:CXL(Compute Express Link)使多主机能够通过硬件缓存一致性共享字节可寻址内存,但现有文件系统并未利用这一特性实现无锁多主机协调。我们提出DaxFS——一个面向CXL共享内存的Linux文件系统,它以cmpxchg原子操作(CXL使其在跨主机边界保持一致性)作为唯一协调原语。基于CAS的哈希覆盖层支持多主机无锁并发写入,无需任何集中式协调器。一种协作式共享页面缓存配合新型多主机时钟替换算法(MH-clock),可在共享DAX内存中实现按需分页缓存,并通过cmpxchg实现完全去中心化的牺牲页选择。我们利用QEMU模拟的CXL 3.0验证多主机正确性,其中两个虚机共享一个内存区域,并通过TCP转发原子操作。在跨主机竞争场景下,DaxFS保持>99%的CAS正确率且无更新丢失。在单主机DRAM支撑的DAX环境中,DaxFS在所有写入负载下均超越tmpfs吞吐量:4线程随机写入吞吐量最高可达tmpfs的2.68倍,64KB随机读取吞吐量达1.18倍。初步GPU微基准测试表明,基于cmpxchg的设计可扩展至GPU线程,使其在PCIe 5.0带宽极限下执行页面缓存操作。

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