TPP: Transparent Page Placement for CXL-Enabled Tiered-Memory数据中心使用异构内存

**TPP: Transparent Page Placement for CXL-Enabled Tiered-Memory Data Centers**

**Abstract**

随着计算密集型应用的增长，数据中心中内存需求日益增加。传统的单一内存架构难以满足这种需求，而异构内存则提供了一种解决方案。CXL（Compute Express Link）是一种新型的总线技术，允许不同类型的内存设备共享同一个总线。然而，如何有效地管理这些不同的内存设备，以便最大化性能和资源利用率，是一个挑战。

本文提出了一种新的页面置换算法，称为TPP（Transparent Page Placement）。TPP旨在透明地将页面置于适当的内存设备上，从而最大化性能和资源利用率。通过分析不同场景下的TPP表现，我们证明了其有效性。

**背景**

数据中心中内存需求日益增加，传统的单一内存架构难以满足这种需求。异构内存则提供了一种解决方案，允许不同类型的内存设备共享同一个总线。CXL是一种新型的总线技术，支持多个内存设备之间的通信。

然而，如何有效地管理这些不同的内存设备，以便最大化性能和资源利用率，是一个挑战。传统的页面置换算法往往优先考虑单一内存设备上的性能，而忽略了其他内存设备的存在。

**TPP: Transparent Page Placement**

TPP旨在透明地将页面置于适当的内存设备上，从而最大化性能和资源利用率。TPP基于以下几个关键点：

1. **多内存设备**: TPP支持多个内存设备之间的通信，允许不同类型的内存设备共享同一个总线。
2. **页面置换**: TPP透明地将页面置于适当的内存设备上，从而最大化性能和资源利用率。
3. **场景分析**: TPP通过分析不同场景下的表现，证明了其有效性。

**TPP算法**

TPP算法基于以下步骤：

1. **页面分配**: 将页面分配到适当的内存设备上。
2. **页面置换**: 当页面被访问时，透明地将页面置于适当的内存设备上。
3. **性能监控**: 监控不同场景下的性能表现。

**代码示例**

以下是TPP算法的一个简单实现：

c// TPP.h#ifndef TPP_H_
#define TPP_H_

#include <stdint.h>

typedef struct {
 uint64_t page_id;
 uint32_t device_id;
} tpp_page;

void tpp_init(void);
void tpp_alloc_page(uint64_t page_id, uint32_t device_id);
uint32_t tpp_get_device_id(uint64_t page_id);

#endif /* TPP_H_ */

c// TPP.c#include "TPP.h"

static tpp_page pages[1024];

void tpp_init(void) {
 for (int i =0; i < 1024; i++) {
 pages[i].page_id =0;
 pages[i].device_id =0;
 }
}

void tpp_alloc_page(uint64_t page_id, uint32_t device_id) {
 for (int i =0; i < 1024; i++) {
 if (pages[i].page_id == page_id) {
 pages[i].device_id = device_id;
 return;
 }
 }

 // Allocate new page tpp_page* new_page = malloc(sizeof(tpp_page));
 new_page->page_id = page_id;
 new_page->device_id = device_id;

 // Add to list for (int i =0; i < 1024; i++) {
 if (pages[i].page_id ==0) {
 pages[i] = *new_page;
 free(new_page);
 return;
 }
 }

 // Error: No space available}

uint32_t tpp_get_device_id(uint64_t page_id) {
 for (int i =0; i < 1024; i++) {
 if (pages[i].page_id == page_id) {
 return pages[i].device_id;
 }
 }

 // Error: Page not found}