7. Подгонка страниц

Мы закончим рассмотрением метода оптимизации подгонкой страниц. Подгонка является методом оптимизации, разработанным для того, чтобы доступ в последовательные страницы виртуальной памяти максимально использовал кэш процессора. В далеком прошлом (то есть больше 10 лет назад) процессорные кэши предпочитали отображать виртуальную память, а не физическую. Это приводило к огромному количеству проблем, включая необходимость очистки кэша в некоторых случаях при каждом переключении контекста и проблемы с замещением данных в кэше. В современных процессорах кэши отображают физическую память именно для решения этих проблем. Это означает, что две соседние страницы в адресном пространстве процессов могут не соответствовать двух соседним страницам в кэше. Фактически, если вы об этом не позаботились, то соседние страницы в виртуальной памяти могут использовать ту же самую страницу в кэше процессора—это приводит к сбросу кэшируемых данных и снижению производительности CPU. Это так даже с множественными ассоциативными кэшами (хотя здесь эффект несколько сглажен).

Код выделения памяти во FreeBSD выполняет оптимизацию с применением подгонки страниц, означающую то, что код выделения памяти будет пытаться найти свободные страницы, которые являются последовательными с точки зрения кэша. Например, если страница 16 физической памяти назначается странице 0 виртуальной памяти процесса, а в кэш помещается 4 страницы, то код подгонки страниц не будет назначать страницу 20 физической памяти странице 1 виртуальной памяти процесса. Вместо этого будет назначена страница 21 физической памяти. Код подгонки страниц попытается избежать назначение страницы 20, потому что такое отображение перекрывается в той же самой памяти кэша как страница 16, и приведет к неоптимальному кэшированию. Как вы можете предположить, такой код значительно добавляет сложности в подсистему выделения памяти VM, но результат стоит того. Подгонка страниц делает память VM предсказуемой, как и обычная физическая память, относительно производительности кэша.