Address translation is a performance bottleneck in data-intensive workloads due to large datasets and irregular access patterns that lead to frequent high-latency page table walks (PTWs). PTWs can be reduced by using (i) large hardware TLBs or (ii) large software-managed TLBs. Unfortunately, both solutions have significant drawbacks: increased access latency, power and area (for hardware TLBs), and costly memory accesses, the need for large contiguous memory blocks, and complex OS modifications (for software-managed TLBs). We present Victima, a new software-transparent mechanism that drastically increases the translation reach of the processor by leveraging the underutilized resources of the cache hierarchy. The key idea of Victima is to repurpose L2 cache blocks to store clusters of TLB entries, thereby providing an additional low-latency and high-capacity component that backs up the last-level TLB and thus reduces PTWs. Victima has two main components. First, a PTW cost predictor (PTW-CP) identifies costly-to-translate addresses based on the frequency and cost of the PTWs they lead to. Second, a TLB-aware cache replacement policy prioritizes keeping TLB entries in the cache hierarchy by considering (i) the translation pressure (e.g., last-level TLB miss rate) and (ii) the reuse characteristics of the TLB entries. Our evaluation results show that in native (virtualized) execution environments Victima improves average end-to-end application performance by 7.4% (28.7%) over the baseline four-level radix-tree-based page table design and by 6.2% (20.1%) over a state-of-the-art software-managed TLB, across 11 diverse data-intensive workloads. Victima (i) is effective in both native and virtualized environments, (ii) is completely transparent to application and system software, and (iii) incurs very small area and power overheads on a modern high-end CPU.


翻译:地址翻译是数据密集型工作负载中的性能瓶颈,原因在于大数据集和不规则访问模式导致频繁的高延迟页表遍历(PTW)。减少PTW的方法包括使用(i)大型硬件TLB或(ii)大型软件管理TLB。然而,这两种方案均存在显著缺陷:访问延迟、功耗和面积增加(硬件TLB),以及代价高昂的内存访问、需要连续大内存块和复杂的操作系统修改(软件管理TLB)。我们提出Victima,一种全新的软件透明机制,通过利用缓存层级中未充分利用的资源大幅增加处理器的翻译覆盖范围。Victima的核心思想是重新利用L2缓存块来存储TLB条目簇,从而提供一个低延迟、高容量的辅助组件,用于支持末级TLB并减少PTW。Victima包含两个主要组件:第一,PTW代价预测器(PTW-CP)根据所导致PTW的频率和代价识别翻译代价高的地址;第二,一种TLB感知的缓存替换策略,通过考虑(i)翻译压力(例如末级TLB缺失率)和(ii)TLB条目的重用特性,优先在缓存层级中保留TLB条目。评估结果显示,在原生(虚拟化)执行环境中,与基于四级基树页表的基线设计相比,Victima在11种多样化数据密集型工作负载上使平均端到端应用性能提升7.4%(28.7%),与最先进的软件管理TLB相比提升6.2%(20.1%)。Victima(i)在原生和虚拟化环境中均有效,(ii)对应用和系统软件完全透明,(iii)在现代高端CPU上仅产生极小的面积和功耗开销。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员