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문제 정의
- 2는 Mach 마이크로커널을 기반으로 BSD와 SVR4 운영체제 인터페이스를 지원하는 분리된 서버를 가지고 있으며, OSF/l IK L1은 커널 부분과 서버가 결합된 구조를 가지고 있다. 따라서, 다른 성능 요소를 배제하고 운영체제의 구조적인 차이에 의한 성능 차이를 분석하는데 적합하다.
- 한다. 본 논문에서는 마이크로커널 기반 운영체제에서 발생하는 성능 저하의 근본적인 원인을 규명하기 위하여 운영체제의 구조적인 특성이 캐시 메모리 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 이를 위하여 Intel Pentium Pro 프로세서 환경에서 개발된 성능 측정 도구 MKperf를 이용하여 모노리딕 커널 기반 운영체제인 OSF/1 IK와 마이크로커널 기반 운영체제인 OSF/1 MK를 대상으로 LI, L2 캐시와 TLB의 성능을 측정하고 결과를 비교 분석하였다.
- 본 논문에서는 마이크로커널의 구조적인 특성이 운영체제의 성능에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고, 성능 저하의 근본적인 원인을 규명하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 마이크로커널 기반 운영체제와 모노리딕 커널 기반 운영체제 상에서 벤치마크 프로그램을 수행하여 성능을 측정하고 결과를 비교 분석하였다.
- 뿐만 아니라, 운영체제 커널의 활동과 다중 프로그래밍 환경이 캐시 메모리와 TLB 성능에 미치는 영향까지 포착함으로서, 시스템이 실제로 동작하는 환경에서 발휘하는 성능을 정밀하게 측정할 수 있다. 본 논문에서는 이 성능 측정 카운터를 사용하여 두 운영체제의 성능을 측정하였다.
- 본 논문은 또한, 점차 모듈화 되어 가는 현대 소프트웨어 구조의 변화가 하드웨어 기술 발전 추세와의 상호작용을 통하여 컴퓨터 시스템의 성능에 어떠한 영향을 미칠 것인가에 대한 개략적인 예측을 가능케 한다. 세분화된 모듈 구조는 캐시 메모리의 성능을 저하시킴으로써, 메모리 시스템의 효율성에 절대적으로 의존하고 있는 고속 프로세서의 성능을 크게 저하시킬 것으로 예상된다.
- 본 논문은 운영체제와 하드웨어 간의 상호 작용이 전체 시스템 성능에 미치는 영향을 실제로 동작하는 시스템 상에서 정량적으로 측정하고 분석하였다는 점에서 큰 의미가 있다. 이러한 실험 결과는 마이크로커널 기반운영체제의 차세대 운영체제로서의 적합성을 평가하는데 중요한 자료로 사용될 수 있으며, 마이크로커널 기반운영체제의 성능을 개선하기 위한 바람직한 방향을 제시하고 있다.
- 본 실험의 목적은 두 운영체제의 성능을 비교하고, 성농 차이의 원인을 메모리 시스템의 효율성을 중심으로 분석하는 것이다. 이를 위한 첫 단계로 우선 운영체제의 처리율과 문맥 교환, IPC의 횟수를 측정한다.
- 성능 측정에 사용된 작업 부하는 SPEC에서 제공하는 SDET(System Development Environment Throughput) 버전 1.1 벤치마크 프로그램이다 [15L SDETe UNIX 운영체제가 다중 사용자 환경 하에서 발휘하는 시스템 수준의 처리율을 측정하기 위하여 개발되었다. 본 논문에서는 SPEC SDET Kenbus 0.
제안 방법
- L2 캐시를 정지시킨 상태에서 측정한 처리율의 저하가 캐시 메모리의 효율성의 저하에서 비롯된 것이라는 것을 확인하기 위하여 전체적 CPI 값을 측정하였다. 그림 9는 L2 캐시를 정지시킨 상태에서 측정한 전체적 CPI 값이다.
- 이를 위한 첫 단계로 우선 운영체제의 처리율과 문맥 교환, IPC의 횟수를 측정한다. 그리고, 다음 단계에서 메모리 시스템을 구성하는 L1 캐시와 L2 캐시, 그리고 TLB의 접근 실패율을 성능 메트릭(metrics)으로 삼아 보다 세밀한 측정 작업을 수행한다. 끝으로, 종합적인 캐시 메모리 성능을 지수화하기 위하여 명령어당 소요되는 사이클 수 즉, CPICClock cycles Per Instruction) 값을 제시한다.
- 그리고, 다음 단계에서 메모리 시스템을 구성하는 L1 캐시와 L2 캐시, 그리고 TLB의 접근 실패율을 성능 메트릭(metrics)으로 삼아 보다 세밀한 측정 작업을 수행한다. 끝으로, 종합적인 캐시 메모리 성능을 지수화하기 위하여 명령어당 소요되는 사이클 수 즉, CPICClock cycles Per Instruction) 값을 제시한다.
- 실험에서 다중 프로그래밍의 효과를 반영하기 위하여 사용자 수를 1, 4, 8, 12, 16으로 증가시키면서 성능값의 변화를 측정하였다. 또한 측정 오차를 줄이기 위하여 디몬(daemon) 프로세스를 제거하고 매번 시스템을 재부팅하여 10회의 반복 실험을 실시하여 평균값을 구하였다.
- 마지막으로, L2 캐시를 정지시킨 상태에서 IK와 MK 의 성능 변화를 측정함으로써 마이크로커널 기반 운영체제의 성능 저하에서 IPC의 부담과 캐시 메모리 성능이 차지하는 비중을 비교하여 평가하였다. 측정 결과 시스템 호출의 수, 즉 IPC의 횟수에 차이가 없는 상황에서 MK의 처리율은 IK의 절반에도 미치지 못하였으며, MK의 CPI값은 IK에 비하여 4배 이상으로 증가하는 결과를 보였다.
- 비교하는 것이다. 본 논문에서는 마이크로커널 기반 운영체제인 OSF/l MK 7.2⑹과 모노리딕 커널 기반 운영체제인 OSF/l IK 1.1 [6] 상에서 SPEC SDM 벤치마크 프로그램을 수행하면서 두 운영체제의 성능을 측정하고 결과를 비교 분석하기로 한다. OSF/l IK 1.
- 본 절에서는 OSF/1 IK 1.1과 OSF/1 MK 7.2 상에서 SDET Kenbus 벤치마크를 실행하면서 성능을 측정한 결과를 분석한다. 실험에서 다중 프로그래밍의 효과를 반영하기 위하여 사용자 수를 1, 4, 8, 12, 16으로 증가시키면서 성능값의 변화를 측정하였다.
- 본 절에서는 지금까지 마이크로커널 성능 저하의 주요 요인으로 알려져 왔던 IPC와, 새로운 원언으로 제시된 캐시 메모리에 의한 성능 저하의 비중을 비교 평가한다. 두 가지 요인을 비교 평가하는 방법의 하나는 동일한 환경에서 캐시 메모리를 동작시킨 상태와 정지시킨 상태에서 성능을 측정하여 비교하는 것이다.
- 그리고 만일 캐시 메모리를 정지시킨 상태에서 측정한 IK와 MK의 성능값의 차이가, 캐시 메모리를 동작시킨 상태에서 측정한 IK와 MK의 성능값의 차이보다 크다면, 캐시 메모리에 의한 성능 저하의 비중이 IPC에 의한 성능 저하보다 크다고 할 수 있을 것이다. 본 절에서는 현대 하드웨어 구조에서 캐시 메모리의 크기가 점차 커지고 있는 점을 감안하여, L2 캐시를 정지시킨 상황에서 성능을 측정하였다.
- 이를 위하여 마이크로커널 기반 운영체제와 모노리딕 커널 기반 운영체제 상에서 벤치마크 프로그램을 수행하여 성능을 측정하고 결과를 비교 분석하였다. 성능측정은 운영체제의 구조적 특성에 의해 차이가 발생하는 문맥 교환 (context switch), IPC(interprocess communication), 그리고 캐시 메모리와 TLB(Translation Lookaside Buffer)의 접근 실패율에 중점을 두었다. 특히 향후 개발될 고성능 컴퓨터 시스템에서 메모리 시스템의 중요성이 크게 증대되고 있음을 감안하여, 캐시 메모리와 TLB의 영향을 성능 요소에 추가함으로써 성능 평가의 정확성을 제고하였다.
- 2 상에서 SDET Kenbus 벤치마크를 실행하면서 성능을 측정한 결과를 분석한다. 실험에서 다중 프로그래밍의 효과를 반영하기 위하여 사용자 수를 1, 4, 8, 12, 16으로 증가시키면서 성능값의 변화를 측정하였다. 또한 측정 오차를 줄이기 위하여 디몬(daemon) 프로세스를 제거하고 매번 시스템을 재부팅하여 10회의 반복 실험을 실시하여 평균값을 구하였다.
- 본 논문에서는 마이크로커널 기반 운영체제에서 발생하는 성능 저하의 근본적인 원인을 규명하기 위하여 운영체제의 구조적인 특성이 캐시 메모리 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 이를 위하여 Intel Pentium Pro 프로세서 환경에서 개발된 성능 측정 도구 MKperf를 이용하여 모노리딕 커널 기반 운영체제인 OSF/1 IK와 마이크로커널 기반 운영체제인 OSF/1 MK를 대상으로 LI, L2 캐시와 TLB의 성능을 측정하고 결과를 비교 분석하였다.
- 이를 위하여 마이크로커널 기반 운영체제와 모노리딕 커널 기반 운영체제 상에서 벤치마크 프로그램을 수행하여 성능을 측정하고 결과를 비교 분석하였다. 성능측정은 운영체제의 구조적 특성에 의해 차이가 발생하는 문맥 교환 (context switch), IPC(interprocess communication), 그리고 캐시 메모리와 TLB(Translation Lookaside Buffer)의 접근 실패율에 중점을 두었다.
- 지금까지 IK와 MK 운영체제 환경에서 캐시 메모리와 TLB 성능값을 측정하고 결과를 분석하였다. 실험 결과 모든 경우에서 MK가 IK에 비하여 캐시 메모리의 성능이 크게 저하되는 것으로 나타났다.
- 성능측정은 운영체제의 구조적 특성에 의해 차이가 발생하는 문맥 교환 (context switch), IPC(interprocess communication), 그리고 캐시 메모리와 TLB(Translation Lookaside Buffer)의 접근 실패율에 중점을 두었다. 특히 향후 개발될 고성능 컴퓨터 시스템에서 메모리 시스템의 중요성이 크게 증대되고 있음을 감안하여, 캐시 메모리와 TLB의 영향을 성능 요소에 추가함으로써 성능 평가의 정확성을 제고하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 하드웨어 환경은 64 MByte 주메모리와 2 GByte IDE 하드디스크가 장착된 150 MHz PCI Pentium Pro PC이며, 자세한 하드웨어 사양은 표 1과 같다.
이론/모형
- 1 벤치마크 프로그램이다 [15L SDETe UNIX 운영체제가 다중 사용자 환경 하에서 발휘하는 시스템 수준의 처리율을 측정하기 위하여 개발되었다. 본 논문에서는 SPEC SDET Kenbus 0.61 버전을 사용하였다.
성능/효과
- 그 이전까지 운영체제 커널의 영향을 고려한 캐시 메모리 성능 연구는 상당히 미약하였는데, 이는 커널 메모리 참조에 대한 트레이스(trace) 데이타를 얻기가 대단히 어려웠기 때문이다. Agarwale 커널 메모리 참조를 포함하는 트레이스 기반 시뮬레이션(trace-driven simulation) 실험을 통하여, 운영체제 커널은 일반 응용 프로그램에 비하여 워킹셋의 크기가 크고 반복문의 빈도가 낮으므로 높은 캐시 접근 실패율을 보인다는 사실을 확인하였다. 또한 다중 프로그래밍 환경에서 캐시 접근 실패율은 다 중화의 정도(multiprogramming degree) 에 따라 크게 변화한다는 사실을 발견하였다.
- 연구이다[3]. Chene 마이크로커널 기반 운영체제인 Mach와 모노리딕 커널 기반 운영체제인 Ultrix 상에서 캐시 메모리와 TLB의 성능을 측정함으로써, 마이크로커널 구조가 메모리 시스템 성능에 상당한 영향을 미친다는 사실을 발견하였다. 즉, 사용자와 커널 주소 공간 사이에서 발생하는 충돌 실패(conflict miss)의 증가로 인하여 Mach가 Ultrix에 비하여 높은 캐시 접근 실패율을 보인다는 사실을 확인하였다.
- Uhlig 는 트레이스 기반 시뮬레이션을 통하여 마이크로커널 기반 운영체제에서 모듈화의 정도, 즉 서버의 수를 변화시키면서 TLB의 접근 실패율을 분석하였다. 그 결과 서버의 수가 많을수록 TLB 접근 실패율이 높고 성능이 저하된다는 사실을 발견하였다. 그러나 그는 운영체제의 구조적인 문제를 지적하기보다는, TLB 서비스 루틴을 수정하고 TLB의 크기와 하드웨어적인 구조 개선을 통하여 성능을 개선하는데 주력하였다.
- 즉, 사용자와 커널 주소 공간 사이에서 발생하는 충돌 실패(conflict miss)의 증가로 인하여 Mach가 Ultrix에 비하여 높은 캐시 접근 실패율을 보인다는 사실을 확인하였다. 그러나 Chene 두 운영체제에서 발생하는 캐시 접근 실패율의 차이가 전체 시스템 성능에 미치는 영향은 크지 않다고 주장함으로써, 마이크로커널의 성능을 옹호하는 입장을 취하였다. 이러한 Chen의 주장은 트레이스 기반 시뮬레이션을 통하여 얻은 결론으로서, 측정 기법의 한계로 인하여 벤치마크 프로그램이 다중 프로그래밍의 영향을 제대로 반영하지 못했고, 시스템 호출의 빈도가 낮아서 마이크로커널에서 발생하는 성능 저하 현상을 제대로 포착하지 못했다는 결정적인 단점을 가지고 있다.
- 따라서, 캐시 메모리를 동작시킨 상태와 정지시킨 상태에서 MK 의 처리율과 CPI를 측정하였을 때 두 측정값이 크게 다르다면, 이 차이가 캐시 메모리의 성능이 마이크로커널의 성능 저하에 미치는 영향력을 보여주는 것이라고 할 수 있다. 그리고 만일 캐시 메모리를 정지시킨 상태에서 측정한 IK와 MK의 성능값의 차이가, 캐시 메모리를 동작시킨 상태에서 측정한 IK와 MK의 성능값의 차이보다 크다면, 캐시 메모리에 의한 성능 저하의 비중이 IPC에 의한 성능 저하보다 크다고 할 수 있을 것이다. 본 절에서는 현대 하드웨어 구조에서 캐시 메모리의 크기가 점차 커지고 있는 점을 감안하여, L2 캐시를 정지시킨 상황에서 성능을 측정하였다.
- 동일한 하드웨어 환경과 작업 부하에서 월둥히 높은 CPI를 보이는 MK는 IK에 비하여 당연히 낮은 성능을 보이게 된다. 그리고, 그 원인은 MK의 구조적 특성으로 인한 메모리 시스템의 효율성 저하에 기인한다는 것을 확인할 수 있다.
- 또한, 독립된 주소 공간을 갖는 서버 구조는 L2 캐시의 대역폭을 크게 소모함으로써, 캐시 메모리의 성능이 기존의 문제점으로 지적되었던 IPC의 부담보다 더욱 큰 비중으로 마이크로커널 기반 운영체제의 성능을 좌우하게 된다는 사실을 발견하였다. 그리고, 이러한 현상들은 모듈화를 지향하는 마이크로커널의 구조적 특성과, 이로 인하여 빈번히 발생하는 문맥 교환의 영향임을 확인하였다.
- 두 실험 결과에서 L1 명령어 캐시와 데이타 캐시의 접근 실패율은 MK가 IK 에 비하여 훨씬 높고, 사용자의 수가 증가할수록 MK에서 실패율의 증가가 가속화된다는 것을 알 수 있다. 사용자 수의 증가에 따른 실패율의 증가는 태스크 수가 증가할수록 태스크 간의 L1 캐시메모리에 대한 충돌 실패가 증가하기 때문에 발생하는 현상으로 해석된다.
- 둘째, 캐시 메모리와 TLB의 성능이 전체 시스템 성능에 미치는 영향은 대단히 크다. 그리고, 이러한 영향은 향후 개발되는 고성능 프로세서에서 더욱 증가할 것으로 예상된다.
- 2배가 된다. 따라서, MK의 L2 캐시 접근 실패율 역시 IK 커널에 비하여 훨씬 크고, 사용자 수가 중가할수록 L2 캐시 접근 실패율이 지속적으로 증가한다는 사실을 알 수 있다.
- 이 결과는 MK의 성능 저하 원인 중에서 IPC의 비중보다 캐시 메모리 성능에 의한 비중이 훨씬 크다는 사실을 입증하고 있다. 따라서, 마이크로커널 구조에서 발생하는 성능 저하 현상의 근본 원인이 캐시메모리의 성능 저하에 있음을 확인할 수 있다.
- 4)%가 되는 것이다. 따라서, 사용자 수가 증가할수록 마이크로커널의 성능 저하에 가장 큰 요인을 미치는 것은 IPC에 의한 영향이 아니라, 캐시 메모리의 영향이라는 사실을 알 수 있다.
- Agarwale 커널 메모리 참조를 포함하는 트레이스 기반 시뮬레이션(trace-driven simulation) 실험을 통하여, 운영체제 커널은 일반 응용 프로그램에 비하여 워킹셋의 크기가 크고 반복문의 빈도가 낮으므로 높은 캐시 접근 실패율을 보인다는 사실을 확인하였다. 또한 다중 프로그래밍 환경에서 캐시 접근 실패율은 다 중화의 정도(multiprogramming degree) 에 따라 크게 변화한다는 사실을 발견하였다.
- 또한, MK와 IK의 L1 캐시 접근 실패율의 차이는 사용자의 수가 증가할수록 더욱 심각하였다. 이것은 사용자 태스크의 수가 증가할수록 워킹셋의 수가 증가하게 되고, 이들 사이에서 충돌 실패가 증가하기 때문이다.
- 갖는다는 사실을 발견하였다. 또한, 독립된 주소 공간을 갖는 서버 구조는 L2 캐시의 대역폭을 크게 소모함으로써, 캐시 메모리의 성능이 기존의 문제점으로 지적되었던 IPC의 부담보다 더욱 큰 비중으로 마이크로커널 기반 운영체제의 성능을 좌우하게 된다는 사실을 발견하였다. 그리고, 이러한 현상들은 모듈화를 지향하는 마이크로커널의 구조적 특성과, 이로 인하여 빈번히 발생하는 문맥 교환의 영향임을 확인하였다.
- 높은 실패율을 보이고 있다는 점이다. 사용자 수가 1일 때 MK의 실패율은 커널 0.021%, 서버 0.021%로서, 이를 합하면 IK의 커널 0.0067%에 비하여 6.3배의 실패율을 보인다. 이러한 현상은 사용자 수가 증가할수록 심각해지는데, 사용자 수가 16일 때 MK의 실패율은 1.
- 성능 분석을 통하여 성능 저하의 근본적인 원인이 UNIX 시스템 호출을 처리하는 서버로의 문맥 교환과, 이에 수반되는 캐시 메모리 효율성의 저하임을 확인하였다. 따라서, UNIX 서버와 같이 자주 사용되는 서버들을 마이크로커널과 동일한 주소 공간 내에 배치하는 병치 서버(colloacted server) 등의 기법을 사용함으로써, 문맥 교환의 빈도를 줄이고 캐시 메모리의 성능을 개선하는 방법이 고려될 수 있을 것이다.
- 성능 측정 결과, MK는 IK에 비하여 LI, L2 캐시와 TLB 접근 실패율이 월등히 높으며, 따라서 높은 CPI 값을 갖는다는 사실을 발견하였다. 또한, 독립된 주소 공간을 갖는 서버 구조는 L2 캐시의 대역폭을 크게 소모함으로써, 캐시 메모리의 성능이 기존의 문제점으로 지적되었던 IPC의 부담보다 더욱 큰 비중으로 마이크로커널 기반 운영체제의 성능을 좌우하게 된다는 사실을 발견하였다.
- 셋째, 문맥 교환은 캐시 메모리와 TLB의 성능을 크게 저하시킨다.
- 실험 결과 모든 경우에서 MK가 IK에 비하여 캐시 메모리의 성능이 크게 저하되는 것으로 나타났다. 우선, L1 캐시의 명령어 인출 실패율과 데이타 접근 실패율에서 MK 는 IK에 비하여 최고 9~10배의 실패율을 보였다.
- 실험결과를 통하여 알 수 있는 중요한 사실은, MK 에서 IPC에 의한 성능 저하보다는 캐시 메모리에 의한 성능 저하의 비중이 절대적으로 우세하다는 것이다. 이러한 사실은 그림 2와 그림 8을 비교하면 알 수 있다.
- 실험을 통하여 알 수 있는 또 하나의 사실은 IK의 성능이 L2 캐시의 동작 여부에 거의 영향을 받지 않음에 반하여, MK의 성능은 L2 캐시의 동작 여부에 큰 영향을 받고 있다는 것이다. 그림 2에서 L2 캐시가 동작하고 있을 때 MK의 IK에 대한 처리율의 비율은 사용자 수가 1일 때 99.
- 측정 결과 시스템 호출의 수, 즉 IPC의 횟수에 차이가 없는 상황에서 MK의 처리율은 IK의 절반에도 미치지 못하였으며, MK의 CPI값은 IK에 비하여 4배 이상으로 증가하는 결과를 보였다. 이 결과는 MK의 성능 저하 원인 중에서 IPC의 비중보다 캐시 메모리 성능에 의한 비중이 훨씬 크다는 사실을 입증하고 있다. 따라서, 마이크로커널 구조에서 발생하는 성능 저하 현상의 근본 원인이 캐시메모리의 성능 저하에 있음을 확인할 수 있다.
- 066으로 증가한다. 이 증가율을 그림 7의 L2 캐시가 동작할 때와 비교하면, 커널과 서버를 합산한 전체적 CPI가 사용자 수가 1일 때 약 13%, 그리고 사용자 수가 16일 때 무려 310%가 증가한 값이다. 즉 MK에서 사용자 수가 16일 때, L2 캐시의 동작을 정지시켰을 때의 전체적 CPI는 L2 캐시를 동작시켰을 때보 .
- 1047%로 급격하게 증가한다. 이를 합하여 IK 커널과 비교하면, 사용자 수가 1일 때 6.1 배, 사용자 수가 16일 때 14.6배의 실패율을 보인다.
- L1 캐시 실패율의 경우와 마찬가지로, MK는 IK에 비하여 훨씬 높은 ITLB 실패율을 보인다. 즉, ITLB 실패율은 사용자 수가 1일 때 커널 0.0045%, 서버 0.0034%에서 사용자 수가 16일 때 커널 0.1320%, 서버 0.1047%로 급격하게 증가한다. 이를 합하여 IK 커널과 비교하면, 사용자 수가 1일 때 6.
- 따라서, 사용자 수가 8 이상일 때 MK의 성능의 L2 캐시 메모리 의존도는 절대적이라 할 수 있다. 즉, 마이크로커널에서 메모리 참조 요청의 상당 부분이 L1 캐시에서 처리할 수 없으며, 이 요청이 L2 캐시에게 전달됨으로써 L2 캐시의 대역폭을 크게 잠식하고 있다는 사실을 알 수 있다.
- Chene 마이크로커널 기반 운영체제인 Mach와 모노리딕 커널 기반 운영체제인 Ultrix 상에서 캐시 메모리와 TLB의 성능을 측정함으로써, 마이크로커널 구조가 메모리 시스템 성능에 상당한 영향을 미친다는 사실을 발견하였다. 즉, 사용자와 커널 주소 공간 사이에서 발생하는 충돌 실패(conflict miss)의 증가로 인하여 Mach가 Ultrix에 비하여 높은 캐시 접근 실패율을 보인다는 사실을 확인하였다. 그러나 Chene 두 운영체제에서 발생하는 캐시 접근 실패율의 차이가 전체 시스템 성능에 미치는 영향은 크지 않다고 주장함으로써, 마이크로커널의 성능을 옹호하는 입장을 취하였다.
- 지금까지의 실험 결과 MK가 IK에 비하여 성능이 저하된다는 점과, 그 원인이 상당 부분 캐시 메모리 성능 저하에 기인한다는 사실을 알 수 있다. 그러나, 마이크로커널에서 발생하는 성능 저하의 원언 중에서 캐시메모리가 차지하는 비중을 평가하기 위해서는 다른 성능 요인과 비교 평가하는 실험을 추가로 필요로 한다.
- 첫째, 컴퓨터 시스템의 성능을 정확히 평가하기 위해서는 운영체제의 성능을 반드시 포함해야 한다. 또한, 실제로 동작 중인 시스템 상에서 다중 프로그래밍의 효과를 반영하여 성능을 측정해야한다.
- 증가와 시스템 성능의 저하로 귀결된다. 측정 결과 IK는 최고 0.62, MK는 최고 1.48 CPI< 기록하였고, 태스크의 수에 따라 점차 증가하는 추세를 보였다. 동일한 하드웨어 환경과 작업 부하에서 월둥히 높은 CPI를 보이는 MK는 IK에 비하여 당연히 낮은 성능을 보이게 된다.
- 차지하는 비중을 비교하여 평가하였다. 측정 결과 시스템 호출의 수, 즉 IPC의 횟수에 차이가 없는 상황에서 MK의 처리율은 IK의 절반에도 미치지 못하였으며, MK의 CPI값은 IK에 비하여 4배 이상으로 증가하는 결과를 보였다. 이 결과는 MK의 성능 저하 원인 중에서 IPC의 비중보다 캐시 메모리 성능에 의한 비중이 훨씬 크다는 사실을 입증하고 있다.
- 그들은 시스템 호출이나 메모리 복사, 그리고 문맥 교환과 IPC 같은 운영체제의 주요 활동이 시스템의 성능을 크게 좌우한다는 점올 발견하고, 하드웨어 수준의 성능 요소가 운영체제의 성능에 미치는 영향이 크게 증가하고 있다는 점을 지적하였다. 특히 최신 하드웨어일수록 보다 효율적인 메모리 시스템을 요구하므로, 캐시 메모리와 TLB 같은 하드웨어 수준의 성능 요소에 대한 의존도가 더욱 심화되고 있다는 점을 강조하였다. 이러한 주장은 현대 운영체제의 성능을 정확하게 평가하기 위해서는 소프트웨어 수준과 하드웨어 수준의 성능 요소를 반드시 함께 측정해야 한다는 점을 강력히 시사하고 있다.
- 한편, IK와 MK 간의 ITLB 실패율의 격차가 증가하는 속도는 L1 캐시 접근 실패율의 격차가 증가하는 속도보다 더욱 빠르다는 사실을 알 수 있다. 이것은 마이크로커널 구조에서 태스크 수의 증가와 빈번한 주소 공간의 교체가 미치는 영향이, 물리적 인덱스(physical index)를 갖는 L1 캐시 메모리보다 가상 인덱스(virtual index)를 갖는 ITLB에 더욱 심각하게 작용한다는 사실을 입증하고 있다.
- 한편, ITLB 실패율의 증가를 L1 명령어 캐시 실패율 증가와 비교하면, 사용자 수가 1일 때 L1 명령어 캐시 6.1 배와 ITLB 6.3배의 실패율을 보이던 것이, 사용자 수가 16일 때 L1 명령어 캐시 10.4배와 ITLB 14.6배로 더욱 격차가 커지는 것을 알 수 있다. 이는 마이크로커널 구조에서 태스크 수의 증가와 빈번한 주소 공간의 교체가 캐시 메모리보다 TLB에 더욱 심각한 영향을 미친다는 사실을 입증하고 있다.
후속연구
- 저하에 기인한다는 사실을 알 수 있다. 그러나, 마이크로커널에서 발생하는 성능 저하의 원언 중에서 캐시메모리가 차지하는 비중을 평가하기 위해서는 다른 성능 요인과 비교 평가하는 실험을 추가로 필요로 한다.
- 미치는 영향은 대단히 크다. 그리고, 이러한 영향은 향후 개발되는 고성능 프로세서에서 더욱 증가할 것으로 예상된다.
- 따라서, UNIX 서버와 같이 자주 사용되는 서버들을 마이크로커널과 동일한 주소 공간 내에 배치하는 병치 서버(colloacted server) 등의 기법을 사용함으로써, 문맥 교환의 빈도를 줄이고 캐시 메모리의 성능을 개선하는 방법이 고려될 수 있을 것이다.
- 모듈화된 구조를 지향하는 소프트웨어 개발 분야의 추세와 메모리 효율성에 대한 의존도가 커지는 하드웨어 기술 분야의 추세는 앞으로도 지속될 것으로 보인다. 본 논문은 이러한 소프트웨어 및 하드웨어의 기술 발전의 영향을 강조함으로써 향후 고성능 컴퓨터 시스템을 개발하는데 있어 두 기술의 상호 작용을 고려하여 시스템의 성능을 제고하는데 기여할 것으로 기대된다.
- 보인다. 본 논문은 이러한 소프트웨어 및 하드웨어의 기술 발전의 영향을 강조함으로써 향후 고성능 컴퓨터 시스템을 개발하는데 있어 두 기술의 상호 작용을 고려하여 시스템의 성능을 제고하는데 기여할 것으로 기대된다.
- 의미가 있다. 이러한 실험 결과는 마이크로커널 기반운영체제의 차세대 운영체제로서의 적합성을 평가하는데 중요한 자료로 사용될 수 있으며, 마이크로커널 기반운영체제의 성능을 개선하기 위한 바람직한 방향을 제시하고 있다.
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