Элементы архитектуры системы виртуальной памяти во FreeBSD

Matthew Dillon

Издание: 43234
Юридическое уведомление
Юридическое уведомление
2013-11-24 taras.
Аннотация

Название статьи говорит лишь о том, что я попытаюсь описать в целом VM-систему понятным языком. Последний год я сосредоточил усилия в работе над несколькими основными подсистемами ядра FreeBSD, среди которых подсистемы VM и подкачки были самыми интересными, а NFS оказалась «необходимой рутиной». Я переписал лишь малую часть кода. Что касается VM, то я единственным большим обновлением, которое я сделал, является переделка подсистемы подкачки. Основная часть моей работы заключалась в зачистке и поддержке кода, с единственной заметной переделкой кода и без значительной переделки алгоритмов в VM-подсистеме. В основном теоретическая база работы VM-подсистемы осталась неизменной, а большинство благодарностей за современных нововведения за последние несколько лет принадлежат John Dyson и David Greenman. Не являясь историком, как Керк, я не буду пытаться связать различные возможности системы с именами, потому что обязательно ошибусь.

[ По разделам / Одним файлом ]

Содержание
1. Введение
2. Объекты VM
3. Уровни области подкачки
4. Когда освобождать страницу
5. Оптимизация ошибок доступа к страницам и их обнуления
6. Оптимизация таблицы страниц
7. Подгонка страниц
8. Заключение
9. Дополнительный сеанс вопросов и ответов от Аллена Бриггса (Allen Briggs)

1. Введение

Перед тем, как перейти непосредственно к существующей архитектуре, потратим немного времени на рассмотрение вопроса о необходимости поддержки и модернизации любого длительно живущего кода. В мире программирования алгоритмы становятся более важными, чем код, и именно из-за академических корней BSD изначально большое внимание уделялось проработке алгоритмов. Внимание, уделенное архитектуре, в общем отражается на ясности и гибкости кода, который может быть достаточно легко изменен, расширен или с течением времени заменен. Хотя некоторые считают BSD «старой» операционной системой, те их нас, кто работает над ней, видят ее скорее системой со «зрелым» кодом с различными компонентами, которые были заменены, расширены или изменены современным кодом. Он развивается, и FreeBSD остается передовой системой, вне зависимости от того, насколько старой может быть часть кода. Это важное отличие, которое, к сожалению, не всеми понимается. Самой большой ошибкой, которую может допустить программист, является игнорирование истории, и это именно та ошибка, которую сделали многие другие современные операционные системы. Самым ярки примером здесь является Windows NT®, и последствия ужасны. Linux также в некоторой степени совершил эту ошибку—достаточно, чтобы мы, люди BSD, по крайней мере по разу отпустили по этому поводу шутку. Проблема Linux заключается просто в отсутствии опыта и истории для сравнения идей, проблема, которая легко и быстро решается сообществом Linux точно так же, как она решается в сообществе BSD—постоянной работой над кодом. Разработчики Windows NT®, с другой стороны, постоянно совершают те же самые ошибки, что были решены в UNIX® десятки лет назад, а затем тратят годы на их устранение. Снова и снова. Есть несколько случаев «проработка архитектуры отсутствует» и «мы всегда правы, потому что так говорит наш отдел продаж». Я плохо переношу тех, кого не учит история.

Большинство очевидной сложности архитектуры FreeBSD, особенно в подсистеме VM/Swap, является прямым следствием того, что она решает серьезные проблемы с производительностью, которые проявляются при различных условиях. Эти проблемы вызваны не плохой проработкой алгоритмов, а возникают из окружающих факторов. В любом прямом сравнении между платформами эти проблемы проявляются, когда системные ресурсы начинают истощаться. Так как я описываю подсистему VM/Swap во FreeBSD, то читатель должен всегда иметь в виду два обстоятельства:

  1. Самым важным аспектом при проектировании производительности является то, что называется “оптимизацией критического маршрута”. Часто случается, что оптимизация производительности дает прирост объема кода ради того, чтобы критический маршрут работал быстрее.

  2. Четкость общей архитектуры оказывается лучше сильно оптимизированной архитектуры с течением времени. Когда как обобщенная архитектура может быть медленнее, чем оптимизированная архитектура, при первой реализации, при обобщенной архитектуре легче подстраиваться под изменяющиеся условия и чрезмерно оптимизированная архитектура оказывается непригодной.

Любой код, который должен выжить и поддаваться поддержке годы, должен поэтому быть тщательно продуман с самого начала, даже если это стоит потери производительности. Двадцать лет назад были те, кто отстаивал преимущество программирования на языке ассемблера перед программированием на языке высокого уровня, потому что первый генерировал в десять раз более быстрый код. В наши дни ошибочность этого аргумента очевидна — можно провести параллели с построением алгоритмов и обобщением кода.

Этот, и другие документы, могут быть скачаны с http://ftp.FreeBSD.org/pub/FreeBSD/doc/.

По вопросам, связанным с FreeBSD, прочитайте документацию прежде чем писать в <questions@FreeBSD.org>.

По вопросам, связанным с этой документацией, пишите в рассылку <doc@FreeBSD.org>.