Elementos de design do sistema de VM do FreeBSD

Matthew Dillon

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2018-09-13 02:34:41 por ebrandi.
Resumo

O título é realmente apenas uma maneira extravagante de dizer que vou tentar descrever todo o grupo de itens de uma VM, espero que de uma forma que todos possam acompanhar. Pelo ultimo ano eu me concentrei em vários dos principais subsistemas do kernel dentro do FreeBSD, com os subsistemas VM e Swap sendo os mais interessantes e o NFS sendo uma tarefa necessária. Eu reescrevi apenas pequenas partes do código. Na área de VM, a única grande reescrita que fiz foi para o subsistema de troca. A maior parte do meu trabalho foi de limpeza e manutenção, com apenas uma moderada reescrita de código e sem grandes ajustes nos algorítimos do subsistema VM. A maior parte da base teórica do subsistema VM permanece inalterada e muito do crédito pelo esforço de modernização nos últimos anos pertence a John Dyson e David Greenman. Não sendo um historiador como Kirk, eu não tentarei marcar todos os vários recursos com nomes de pessoas, já que invariavelmente vou errar.

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Índice
1. Introdução
2. Objetos de VM
3. Camadas de SWAP
4. Quando libertar uma página
5. Otimizações de Pré-Falhas ou para Zerar
6. Otimizações da Tabela de Páginas
7. Page Coloring
8. Conclusão
9. Sessão bônus de QA por Allen Briggs

1. Introdução

Antes de avançarmos para o design atual, vamos dedicar um pouco de tempo a necessidade de manter e modernizar qualquer base de código duradoura. No mundo da programação, os algoritmos tendem a ser mais importantes do que o código, e é precisamente devido as raízes acadêmicas do BSD que uma grande atenção foi dada ao design do algoritmo desde o início. Mais atenção ao design geralmente leva a uma base de código limpa e flexível que pode ser facilmente modificada, estendida ou substituída ao longo do tempo. Embora o BSD seja considerado um sistema operacional antigo por algumas pessoas, aqueles de nós que trabalham nele tendem a vê-lo mais como uma base de código madura que possui vários componentes modificados, estendidos, ou substituído por código moderno. Ele evoluiu e o FreeBSD está no topo, não importa quantos anos tenha o código. Esta é uma distinção importante a ser feita e infelizmente perdida para muitas pessoas. O maior erro que um programador pode cometer é não aprender com a história, e esse é precisamente o erro que muitos outros sistemas operacionais modernos cometeram. Windows NT® é o melhor exemplo disso, e as conseqüências foram terríveis. O Linux também cometeu esse erro até certo ponto - o suficiente para que nós, do BSD, possamos fazer pequenas piadas sobre isso de vez em quando, entretanto. O problema do Linux é simplesmente a falta de experiência e histórico para comparar idéias, um problema que está sendo resolvido de forma fácil e rápida pela comunidade Linux, da mesma forma como foi abordado na comunidade BSD - pelo desenvolvimento contínuo de código. Por outro lado, o povo do Windows NT®, repetidamente comete os mesmos erros resolvidos no UNIX® décadas atrás e depois gasta anos corrigindo-os. De novo e de novo. Eles têm um caso grave de não foi projetado aqui e estamos sempre certos porque nosso departamento de marketing diz que sim. Tenho pouca tolerância para quem não pode aprender com a história.

Grande parte da complexidade aparente do design do FreeBSD, especialmente no subsistema VM/Swap, é um resultado direto de ter que resolver sérios problemas de desempenho que ocorrem sob várias condições. Estes problemas não se devem ao mau design de algorítimo, mas sim a fatores ambientais. Em qualquer comparação direta entre plataformas, estes problemas tornam-se mais aparentes quando os recursos do sistema começam a ficar estressados. Como descrevo o subsistema VM/Swap do FreeBSD, o leitor deve sempre manter dois pontos em mente:

  1. O aspecto mais importante do design de desempenho é o que é conhecido como Otimizando o Caminho Crítico . Muitas vezes, as otimizações de desempenho inflam um pouco o código, para que o caminho crítico tenha um melhor desempenho.

  2. Um design sólido e generalizado supera um projeto altamente otimizado a longo prazo. Enquanto um design generalizado pode acabar sendo mais lento do que um projeto altamente otimizado quando eles são implementados pela primeira vez, o design generalizado tende a ser mais fácil de se adaptar as mudanças de condições e o projeto altamente otimizado acaba tendo que ser descartado.

Qualquer base de código que sobreviva e seja sustentável por anos deve, portanto, ser projetada adequadamente desde o início, mesmo que isso custe algum desempenho. Vinte anos atrás, as pessoas ainda argumentavam que programar em assembly era melhor do que programar em uma linguagem de alto nível porque produzia um código que era dez vezes mais rápido. Hoje, a queda desse argumento é óbvia - assim como os paralelos com o design de algorítimo e a generalização de código.

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