7 Colorazione delle Pagine

Concluderemo con le ottimizzazioni di colorazione delle pagine. La colorazione delle pagine è un'ottimizzazione prestazionale progettata per assicurare che gli accessi a pagine contigue nella memoria virtuale facciano il miglior uso della cache del processore. Nei tempi antichi (cioè più di 10 anni fa) le cache dei processori tendevano a mapparela memoria virtuale invece della memoria fisica. Questo conduceva ad un numero enorme di problemi inclusa la necessità di ripulire la cache ad ogni cambio di contesto, in alcuni casi, e problemi con l'aliasing dei dati nella cache. Le cache dei processori moderni mappano la memoria fisica proprio per risolvere questi problemi. Questo significa che due pagine vicine nello spazio di indirizzamento dei processi possono non corrispondere a due pagine vicine nella cache. In effetti, se non si è attenti pagine affiancate nella memoria virtuale possono finire con l'occupare la stessa pagina nella cache del processore—portando all'eliminazione prematura di dati immagazzinabili in cache e riducendo le prestazioni della cache. Ciò è vero anche con cache set-associative [1] a molte vie (anche se l'effetto viene in qualche maniera mitigato).

Il codice di allocazione della memoria di FreeBSD implementa le ottimizizzazioni di colorazione delle pagine, ciò significa che il codice di allocazione della memoria cercherà di trovare delle pagine libere che siano vicine dal punto di vista della cache. Ad esempio, se la pagina 16 della memoria fisica è assegnata alla pagina 0 della memoria virtuale di un processo e la cache può contenere 4 pagine, il codice di colorazione delle pagine non assegnerà la pagina 20 di memoria fisica alla pagina 1 di quella virtuale. Invece, gli assegnerà la pagina 21 della memoria fisica. Il codice di colorazione delle pagine cerca di evitare l'assegnazione della pagina 20 perché questa verrebbe mappata sopra lo stesso blocco di memoria cache della pagina 16 e ciò causerrebbe un uso non ottimale della cache. Questo codice aggiunge una complessità significativa al sottosistema di allocazione memoria della VM, come si può ben immaginare, ma il gioco vale ben più della candela. La colorazione delle pagine rende la memoria virtuale deterministica quanto la memoria fisica per quel che riguarda le prestazioni della cache.