Análise de um mecanismo de mitigação de poluição de cache

Abstract

Para contornar o problema da alta latência das memórias, processadores de alto desempenho empregam mecanismos como cache e prefetching. Porém, o prefetcher pode atrapalhar o desempenho do sistema quando busca dados para a cache que são armazenados em detrimento de dados que são solicitados em seguida, provocando cache misses. Na literatura, diversos trabalhos buscam solucionar esse problema através da alteração da política de substituição da cache ou de adaptações no prefetcher. Um trabalho recente e influente propõe um mecanismo que alegadamente supera técnicas antigas tanto em simplicidade como em desempenho. Este trabalho busca analisar o problema da poluição de cache através de simulações de um sistema que emprega este mecanismo. Os resultados mostram que o mecanismo tem resultados não satisfatórios para a maioria das aplicações para uma determinada configuração de sistema. Para uma aplicação, o mecanismo consegue melhorar o desempenho em 8%, mas chega a reduzir o desempenho em até 21% em alguns casos e em média 2,1% para um conjunto de benchmarks. Os resultados também mostram que variações nas configurações do sistema como a capacidade da cache e agressividade do prefetcher podem favorecer o funcionamento do mecanismo.

In order to circumvent the problem of high memory latencies, high-performance processors employ mechanisms such as cache and prefetching. However, the prefetcher may jeopardize the overall system performance when it fetches data into the cache that are stored to the detriment of data that is requested shortly after, provoking cache misses. In the literature, many papers seek to solve this problem through the changing of the cache replacement policy or adaptations to the prefetcher. A recent and influent work proposes a mechanism that allegedly surpasses previous techniques both in simplicity and performance. Our work seeks to analyze the issue of cache pollution through simulations of a system that employs this mechanism. Our results show that the mechanism yields underwhelming performance for the majority of the applications under a certain system configuration. For one application, the mechanism achieves an 8% increase in performance, but in some cases, it reduces performance by 21% and, on average, by 2,1% for a benchmark suite. The results also show that variations in the system configuration such as cache capacity and prefetcher aggressiveness can favor the mechanism’s gains.