研究论文

不可持续CPU亲和性案例

作者:

托马斯安德森，以及

纳塔利恩里特·杰格尔作者信息和声明

HotCarbon’23：第二届可持续计算机系统研讨会论文集

2023年7月

文章编号：1，页码1-7

https://doi.org/10.1145/3604930.3605706

出版:2023年8月2日出版历史

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摘要

CPU亲和性减少了数据拷贝并改善了数据局部性，已成为数据中心中高性能程序的一种流行技术。本文探讨了CPU亲和力和可持续性之间的紧张关系。特别是，关联设置可能会导致CPU上内核的严重不均匀老化。我们观察到，在广泛的网络、存储和虚拟化子系统中使用的基础设施线程，与典型的线程相比，其亲合内核的使用量高达23倍μs-scale应用程序线程。此外，我们观察到，亲合的基础设施线程会产生区域热点，并阻止CPU在预期寿命内使用。最后，我们讨论了解决不平衡堆芯老化问题的设计选项，以提高CPU的整体可持续性，并呼吁更多关注可持续性意识的亲和力和缓解此类问题。

工具书类

[1]

[未注明日期]。ADATA PCIe Gen 5.0 4 SSD，夜鹰项目。https://www.adata.com/en/news/960。

[2]

[未注明日期]。数据平面开发工具包。https://www.dpdk.org。

[3]

[未注明日期]。以太网联盟。https://ethernetalliance.org/technology/2020-roadmit/。

[4]

[未注明日期]。Intel Infrastructure Processing Unit（IPU）和SmartNIC。https://www.intel.com/content/www/us/en/products/network-io/smartnic.html。

[5]

[未注明日期]。NVidia BlueField 3 DPU公司。https://www.nvidia.com/content/dam/en-zz/Solutions/Data-Center/documents/datasheet-nvidia-bluefield-3-dpu.pdf。

[6]

[未注明日期]。存储性能开发工具包（SPDK）。http://www.spdk.io/。

[7]

Alaa R.Alameldeen和David A.Wood。2006年。IPC认为对多处理器工作负载有害。IEEE微型26, 4 (2006), 8--17.

数字图书馆

[8]

托马斯·安德森（Thomas Anderson）、亚当·贝莱（Adam Belay）、莫沙拉夫·乔杜里（Mosharaf Chowdhury）、阿萨夫·西登（Asaf Cidon）和艾琳·张（Irene Zhang）。2022.树屋：碳制品数据中心软件案例。在可持续计算机系统（热碳）第二次研讨会论文集。

[9]

格兰特·艾尔斯（Grant Ayers）、郑和安（Jung Ho Ahn）、克里斯托斯·科兹拉基斯（Christos Kozyrakis）和帕塔萨拉西·兰加纳坦（Parthasarathy Ranganathan）。2018.网络搜索的内存层次结构。在第24届IEEE高性能计算机体系结构（HPCA）国际研讨会论文集。643--656.

[10]

格兰特·艾尔斯（Grant Ayers）、纳亚纳·普拉萨德·纳根德拉（Nayana Prasad Nagendra）、大卫·奥古斯特（David I.August）、Hyon Kyu Cho、斯维伦·卡涅夫（Svilen Kanev）、克里斯托斯·科兹拉基斯（Christos Kozyrakis）、特里维克拉姆·克里希纳穆尔西（Trivikram Krishnamurthy）。2019.Asmdb：了解并缓解仓库级计算机中的前端问题。在第46届IEEE/ACM国际计算机体系结构研讨会（ISCA）论文集。462--473.

数字图书馆

[11]

Adam Belay、George Prekas、Ana Klimovic、Samuel Grossman、Christos Kozyrakis和Edouard Bugnion。2014.IX：高吞吐量和低延迟的受保护数据平面操作系统。在第11届ACM操作系统设计与实现研讨会（OSDI）会议记录。49--65.

[12]

Kerry Bernstein、David J.Frank、Anne E.Gattiker、Wilfried Haensch、Brian L.Ji、Sani R.Nassif、Edward J.Nowak、Dale J.Pearson和Norman J.Rohrer。2006.65-nm及更高范围内的高性能CMOS可变性。IBM研发杂志50, 4.5 (2006), 433--449.

[13]

大卫·布鲁克斯和玛格丽特·马托诺西。2001.高性能微处理器的动态热管理。在第七届IEEE高性能计算机体系结构（HPCA）国际研讨会论文集。171--182.

[14]

陈爽（Shuang Chen）、克里斯蒂娜·德里米特鲁（Christina Delimitrou）和何塞·马丁内斯（Jose F.Martinez）。2019.双方：多交互服务的QoS-Aware资源分区。在第24届ACM编程语言和操作系统（ASPLOS）架构支持国际会议记录。107--120.

[15]

亚历山大·达格利斯（Alexandros Daglis）、马克·萨瑟兰（Mark Sutherland）和巴巴克·法尔萨菲（Babak Falsafi）。2019.RPCValet:NI-Driven Tail-Aware平衡μs级RPC。在第24届ACM编程语言和操作系统体系结构支持国际会议论文集（ASPLOS）。35--48.

数字图书馆

[16]

詹姆斯·唐纳德和玛格丽特·马托诺西。2006.多芯热管理技术：分类和新探索。ACM SIGARCH计算机架构新闻34, 2 (2006), 78--88.

数字图书馆

[17]

埃里克·杜马泽。2017年，繁忙的民意调查：过去、现在、未来。在Netdev会议，第2卷。

[18]

迈克尔·费尔德曼（Michael Ferdman）、阿尔穆塔兹·阿迪莱赫（Almutaz Adileh）、奥努尔·科伯伯（Onur Kocberber）、斯塔夫罗斯·沃洛斯（Stavros Volos）、穆罕默德·阿利萨菲（Mohammad Alisafaee）、乔杰·杰夫季奇（Djordje Jevdjic）、坎苏·卡纳克（Cansu Kaynak）、阿德里安。2012.清理云：现代硬件上新兴横向扩展工作负载的研究。Acm sigplan通知47, 4 (2012), 37--48.

[19]

丹尼尔·费尔斯通（Daniel Firestone）、安德鲁·普特南（Andrew Putnam）、萨姆布拉马·蒙德库尔（Sambhrama Mundkur）、德里克·邱（Derek Chiou）、阿里雷萨·达巴赫（Alireza Dabagh）、迈克·安德烈瓦莎（Mike Andrewartha）、哈里·安吉帕特（Hari Angepat）、维维克·巴努（Vivek Bhanu）、阿德里安·考菲尔德（Adrian Caulfield）、埃里克·钟（Eric Chung）、哈里什·库马尔·昌德拉帕（Harish Kumar Chandrapa），Gabriel Silva、Madhan Sivakumar、Nisheeth Srivastava、Anshman Verma、Qasim Zuhair、Deepak Bansal、Doug Burger、Kushagra Vaid、David A.Maltz和Albert Greenberg，2018年。Azure加速网络：公共云中的SmartNIC。在第15届USENIX网络系统设计与实现研讨会（NSDI）论文集。51--66.

数字图书馆

[20]

乔舒亚·弗里德（Joshua Fried）、阮振元（Zhenyuan Ruan）、艾米·奥斯特霍特（Amy Ousterhout）和亚当·贝莱（Adam Belay）。2020年，卡拉丹：在微秒级缓解干扰。在第14届USENIX操作系统设计与实现（OSDI）研讨会论文集。281--297.

[21]

侯赛因·戈列斯塔尼（Hossein Golestani）、阿米罗申·米洛舍尼（Amirhosseini）和托马斯·韦尼施（Thomas F.Wenisch）。2019.软件数据平面：你不可能总是为了胜利而旋转。在ACM云计算研讨会（SoCC）会议记录。337--350.

[22]

Peter H.Hochschild、Paul Turner、Jeffrey C.Mogul、Rama Govindaraju、Parthasarathy Ranganathan、David E.Culler和Amin Vahdat。2021.不算数的核心。在操作系统（HotOS）热点问题ACM研讨会论文集。9--16.

数字图书馆

[23]

科林·约古列斯库、雷扎·阿齐米、权永进、萨米赫·埃尔尼基蒂、马诺伊·赛马拉、维维克·纳拉萨亚、希罗多托斯·希罗多托、保罗·托米塔、亚历克斯·陈、杰克·张和王俊华。2018.Perfiso：商业潜在敏感服务的性能隔离。在2018年USENIX年度技术会议（ATC）会议记录。519--532.

[24]

科蒂斯·卡菲斯（Kostis Kaffes）、蒂莫西·冲（Timothy Chong）、杰克·蒂加尔·汉弗莱斯（Jack Tigar Humphries）、亚当·贝莱（Adam Belay）、大卫·马齐耶斯（David Mazières）和克里斯托斯·科兹拉基。2019.新宿：优先安排μ二阶尾延迟。在第16届USENIX网络系统设计与实现研讨会（NSDI）论文集。345--360.

[25]

Anuj Kalia、Michael Kaminsky和David Andersen。2019.数据中心RPC可以是通用且快速的。在第16届USENIX网络系统设计与实现研讨会论文集。1--16.

[26]

斯维伦·卡涅夫（Svilen Kanev）、胡安·巴勃罗·达拉戈（Juan Pablo Darago）、金·哈泽尔伍德（Kim Hazelwood）、帕塔萨拉西·兰加纳坦（Parthasarathy Ranganathan）、蒂普·莫斯利（Tipp Moseley）、古。2015年，分析仓库规模的计算机。在第42届IEEE/ACM国际计算机体系结构研讨会（ISCA）论文集。158--169.

数字图书馆

[27]

Harshad Kasture、Davide B.Bartolini、Nathan Beckmann和Daniel Sanchez。2015.魔方：针对潜在关键系统的快速分析电源管理。在第48届IEEE/ACM微体系结构国际研讨会论文集。598--610.

数字图书馆

[28]

Yossi Kuperman、Eyal Moscovici、Joel Nider、Razya Ladelsky、Abel Gordon和Dan Tsafrir，2016年。准虚拟远程i/o输入第21届ACM编程语言和操作系统（ASPLOS）体系结构支持国际会议论文集。49--65.

数字图书馆

[29]

Dongup Kwon、Junehyuk Boo、Dongryeong Kim和Jangwoo Kim。2020年。FVM:FPGA支持的虚拟设备仿真，用于快速、可扩展和灵活的存储虚拟化。在第14届USENIX操作系统设计与实现（OSDI）研讨会论文集。955--971.

[30]

Kevin M.Lepak、Harold W.Cain和Mikko H.Lipasti。2003.将ipc重新定义为多线程程序的性能指标。在第十二届ACM并行体系结构和编译技术国际会议（PACT）会议记录。232--243.

[31]

李怀成、郝明哲、Stanko Novakovic、Vaibhav Gogte、Sriram Govindan、Dan R.K.Ports、Irene Zhang、Ricardo Bianchini、Haryadi S.Gunawi和Anirudh Badam。2020年。Leapio：arm soc上的高效便携式虚拟nvme存储。在第25届ACM编程语言和操作系统（ASPLOS）架构支持国际会议记录。591--605.

数字图书馆

[32]

林贤泽、韩东洙、大卫·G·安徒生和迈克尔·卡明斯基。2014年，MICA：快速内存键值存储的整体方法。在第11届USENIX网络系统设计与实现（NSDI）研讨会论文集。429--444.

[33]

刘明（Ming Liu）、西蒙·彼得（Simon Peter）、阿文德·克里希纳穆西（Arvind Krishnamurthy）和菲奇亚·曼波（Phitchaya Mangpo Phothilimthana）。2019.E3：SmartNIC加速服务器上的节能微服务。在2019年USENIX年度技术会议（ATC）会议记录。363--378.

[34]

David Lo、Liqu Cheng、Rama Govindaraju、Parthasarathy Ranganathan和Christos Kozyrakis。2015年，赫拉克利斯：大规模提高资源效率。在第42届IEEE/ACM国际计算机体系结构研讨会（ISCA）论文集。450--462.

数字图书馆

[35]

阿尔特米·马加里托夫（Artemiy Margaritov）、西德哈斯·古普塔（Siddharth Gupta）、雷凯·冈萨雷斯-阿尔伯奎拉（Rekai Gonzalez-Alberquilla）和鲍里斯·格罗（Boris Grot）。2019.扩展：为smt核心上的协同服务器工作负载平衡qos和吞吐量。在第25届IEEE高性能计算机体系结构（HPCA）国际研讨会论文集。15--27.

[36]

Rajesh Nishtala、Hans Fugal、Steven Grimm、Marc Kwiatkowski、Herman Lee、Harry C.Li、Ryan McElroy、Mike Paleczny、Daniel Peek、Paul Saab、Tony Stafford、David Tung和Venkateshwaran Venkataramani。2013年，在脸书上扩展memcache。在第十届USENIX网络系统设计与实现研讨会论文集。385--398.

[37]

Fabian Oboril和Mehdi B.Tahoori，2012年。额外时间：在微体系结构级别对晶体管老化引起的磨损进行建模和分析。在IEEE/IFIP可靠系统和网络（DSN）国际会议论文集。1--12.

[38]

艾米·奥斯特霍特（Amy Ousterhout）、约书亚·弗里德（Joshua Fried）、乔纳森·贝伦斯（Jonathan Behrens）、亚当·贝莱（Adam Belay）和哈里·巴拉克里希南（Hari Balakrishnan）。2019.Shenango：实现对延迟敏感的数据中心工作负载的高CPU效率。在第16届USENIX网络系统设计与实现研讨会（NSDI）论文集。361--378.

[39]

约翰·奥斯特霍特（John Ousterhout）、阿尔琼·戈帕兰（Arjun Gopalan）、阿什什·古普塔（Ashish Gupta）、安基塔·凯里瓦尔（Ankita Kejriwal）、科林·李（Collin Lee）、贝纳姆·蒙塔泽里（Behnam Montazeri）、迭戈·昂加罗（Diego Ongaro）、塞奥·金·帕克（Seo Ji。2015年RAMCloud存储系统。计算机系统ACM事务（TOCS）33, 3 (2015), 1--55.

数字图书馆

[40]

彭博、张浩忠、姚建国、董耀祖、徐宇和关海冰。2018年，MDev-NVMe：具有中介直通功能的NVMe存储虚拟化解决方案。在2018 USENIX年度技术会议（ATC). 665--676.

[41]

西蒙·彼得（Simon Peter）、李嘉林（Jialin Li）、张爱玲（Irene Zhang）、丹·波茨（Dan R.K.Ports）、道格·伍斯（Doug Woos）、阿文德·克里希纳穆西（Arvind Krishnamurthy）、托马斯·安德森（Thomas Anderson）和蒂莫西·罗斯科（Timothy Roscoe）。2015.Arrakis：操作系统是控制平面。计算机系统ACM事务（TOCS) 33, 4 (2015), 1--30.

数字图书馆

[42]

乔治·普雷卡斯（George Prekas）、马里奥斯·科吉亚斯（Marios Kogias）和爱德华·布尼翁（Edouard Bugnion）。2017.Zygos：实现微秒级网络任务的低尾部延迟。在第26届ACM操作系统原理研讨会（SOSP）会议记录). 325--341.

数字图书馆

[43]

乔治·普雷卡斯（George Prekas）、米亚·普里莫拉克（Mia Primorac）、亚当·贝莱（Adam Belay）、克里斯托斯·科兹拉基斯（Christos Kozyrakis）和爱德华·布尼翁（Edouard Bugnion）。2015.潜在关键应用的能源比例和工作量整合。在第六届ACM云计算研讨会（SoCC）会议记录。342--355.

数字图书馆

[44]

Henry Qin、Qian Li、Jacqueline Speiser、Peter Kraft和John Ousterhout。2018年，Arachne:核心软件线程管理。在第13届USENIX操作系统设计与实现（OSDI）研讨会论文集。145--160.

[45]

Adam Ruprecht、Danny Jones、Dmitry Shiraev、Greg Harmon、Maya Spivak、Michael Krebs、Miche Baker-Havey和Tyler Sanderson。2018年大规模虚拟机实时迁移。在第14届ACM S虚拟执行环境国际会议（VEE）会议记录。45--56.

数字图书馆

[46]

Akshitha Sriraman和Abhishek Dhanotia。2020年。加速计：了解超大规模数据中心管理费用的加速机会。在第25届ACM编程语言和操作系统（ASPLOS）架构支持国际会议记录。733--750.

数字图书馆

[47]

Akshitha Sriraman、Abhishek Dhanotia和Thomas F.Wenisch。2019.Softsku：针对微服务多样性@scale优化服务器架构。在第46届IEEE/ACM国际计算机体系结构研讨会（ISCA）论文集。513--526.

[48]

阿比谢克·蒂瓦里（Abhishek Tiwari）和约塞普·托雷拉斯（Josep Torrellas）。2008年。Facelift:隐藏和减缓多核老化。在第41届IEEE/ACM微体系结构国际研讨会论文集。129--140.

数字图书馆

[49]

杨子业、刘长鹏、周燕波、刘晓东和曹刚。2018.Spdk vhost-nvme：通过用户空间vhost目标加快nvme ssd上虚拟机的i/os。在IEEE第八届云与服务计算国际研讨会论文集（SC2）。67--76.

[50]

Irene Zhang、Amanda Raybuck、Pratyush Patel、Kirk Olynyk、Jacob Nelson、Omar S.Navarro Leija、Ashlie Martinez、Jing Liu、Anna Kornfeld Simpson、Sujay Jayakar、Pedro Henrique Pennar、Max Demoulin、Piali Choudhuryr和Anirudh Badam。2021.微秒级数据中心系统的半内核数据路径操作系统架构。在第28届ACM操作系统原理研讨会（SOSP）会议记录。195--211.

数字图书馆

[51]

小张、埃里克·图内、罗伯特·哈格曼、罗希特·贾加尔、弗里戈·戈克莱和约翰·威尔克斯。2013.CPI2:共享计算集群的CPU性能隔离。在第八届ACM欧洲计算机系统会议（EuroSys）会议记录。379--391.

数字图书馆

[52]

赵洁晨（Jiechen Zhao）、娜塔莉·恩赖特·杰格（Natalie Enright Jerger）和高明宇（Mingyu Gao）。2021.芯片能为多租户云带来什么？。在第54届IEEE/ACM微体系结构国际研讨会（MICRO）会议录上的云研讨会。

[53]

Jiechen Zhao、Iris Uwizeyimana、Karthik Ganesan、Mark C.Jeffrey和Natalie Enright Jerger。2022.高度积算：纳秒级远程过程调用的可扩展调度。在第55届IEEE/ACM微体系结构国际研讨会论文集。423--440.

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,
出版主席：
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