Shasta：一种支持细粒度共享内存的低开销、纯软件方法

本文描述了Shasta，一个在具有物理分布式内存的计算机集群上支持软件共享地址空间的系统。与大多数其他软件分布式共享内存系统相比，Shasta的一个独特之处在于，共享数据可以保持细粒度的一致性。此外，该系统允许一致性粒度在单个应用程序中跨不同的共享数据结构变化。Shasta通过透明地重写应用程序可执行文件来拦截加载和存储，从而实现了共享地址空间。对于每个共享加载或存储，插入的代码会检查数据是否在本地可用，并在必要时与其他处理器进行通信。系统使用多种技术来减少这些检查的运行时开销。由于Shasta完全是在软件中实现的，因此它在支持不同类型的缓存一致性协议方面也提供了极大的灵活性。我们实现了一个高效的缓存一致性协议，该协议集成了许多优化，包括支持多个通信粒度和使用放松的内存模型。该系统功能齐全，可在Alpha工作站集群上运行。本文的主要重点是描述Shasta中用于减少检查开销的技术，以支持软件中的精细粒度共享。这些技术包括仔细布局共享地址空间，调度检查代码以在现代处理器上高效执行，使用仅使用加载的值检查加载的简单方法，减少检查代码导致的额外缓存未命中，以及组合多个加载和存储的检查。为了描述这些技术的效果，我们给出了在Alpha处理器上运行的SPLASH-2应用程序的详细性能结果。如果没有我们的优化，检查开销会非常高，对于一些应用程序来说超过了100%。然而，我们的技术可以有效地将几乎所有应用程序的这些开销减少到5%到35%的范围。我们还描述了我们的一致性协议，并给出了在工作站集群上运行的几个应用程序的并行性能的一些初步结果。我们到目前为止的经验表明，一旦使用我们的技术降低了检查内存访问的成本，Shasta方法就是一个很有吸引力的软件解决方案，可以通过细粒度数据访问来支持共享地址空间。