CCW: کام کے بوجھ میں مقامی مقام کو مدنظر رکھتے ہوئے کاپی آن رائٹ کو بہتر بنانا حصہ 1

خلاصہ:

کاپی آن رائٹ (CoW) ایک ضروری میموری مینجمنٹ تکنیک ہے جو عمل کے درمیان موثر صفحہ شیئرنگ کو قابل بناتی ہے۔ خاص طور پر، فورک سسٹم کال کے ساتھ مشترکہ CoW، ایپلی کیشنز، یہاں تک کہ ایک بہت بڑی میموری فوٹ پرنٹ کے ساتھ، کم اوور ہیڈ پر موجودہ ان میموری ڈیٹا کا سنیپ شاٹ لے سکتی ہے۔

میموری ڈیٹا سے مراد کمپیوٹر میموری میں محفوظ ڈیٹا ہے۔ اگرچہ یہ انسانی یادداشت سے مختلف ہے، لیکن دونوں کے درمیان ایک خاص تعلق ہے۔

سب سے پہلے، میموری ڈیٹا انسانی میموری کی ترقی کو فروغ دے سکتا ہے. مثال کے طور پر، ہم علم کو سیکھنے، یاد رکھنے اور سمجھنے میں مدد کے لیے کمپیوٹر کی ریکارڈنگ، اسٹوریج، اور بازیافت کے افعال استعمال کر سکتے ہیں۔ جدید ٹیکنالوجی ہمیں یاد رکھنے اور سیکھنے کے زیادہ موثر طریقے فراہم کرتی ہے، جو اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ ہم علم اور مہارت میں بہتر مہارت حاصل کر سکتے ہیں۔

دوم، میموری ڈیٹا لوگوں کو ان کی یادوں کو بہتر طریقے سے منظم کرنے میں بھی مدد کر سکتا ہے۔ ڈیٹا کو صاف ستھرا ترتیب دینے اور درجہ بندی کرنے سے، ہم اپنی ضرورت کی معلومات کو تیزی سے تلاش اور یاد کر سکتے ہیں، جو ہماری زندگی، کام اور مطالعہ کے لیے بہت اہم ہے۔

سب سے اہم بات یہ ہے کہ ان میموری ڈیٹا انسانی یادداشت کے نقصان کو روکتا ہے۔ وقت کے ساتھ ساتھ انسانی یادداشت بتدریج کمزور ہوتی جاتی ہے، ایک عمل جسے "بھول جانا" کہا جاتا ہے۔ تاہم، کمپیوٹر کی ہارڈ ڈرائیو پر ڈیٹا ذخیرہ کرکے، ہم اس بات کو یقینی بناسکتے ہیں کہ ہمیں درکار معلومات اور یادداشتیں کسی بھی وقت برقرار اور بازیافت کی جاسکتی ہیں۔

اس لیے میموری ڈیٹا اور انسانی یادداشت کے درمیان تعلق کو مثبت کہا جا سکتا ہے۔ اگرچہ ہمیں ٹیکنالوجی پر زیادہ انحصار نہیں کرنا چاہیے، لیکن میموری ڈیٹا کا معقول استعمال ہمارے کام کی کارکردگی اور سیکھنے کے نتائج کو بہتر بنا سکتا ہے، یادداشت کو بہتر طریقے سے منظم کرنے میں ہماری مدد کر سکتا ہے، اور بھولنے سے بچا سکتا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ہمیں یادداشت کو بہتر بنانے کی ضرورت ہے، اور Cistanche deserticola یادداشت کو نمایاں طور پر بہتر کر سکتا ہے کیونکہ Cistanche deserticola ایک روایتی چینی ادویاتی مواد ہے جس کے بہت سے منفرد اثرات ہیں، جن میں سے ایک یادداشت کو بہتر بنانا ہے۔ Cistanche deserticola کی افادیت ان متعدد فعال اجزاء سے آتی ہے جو اس میں شامل ہیں، بشمول tannic acid، polysaccharides، flavonoid glycosides وغیرہ۔ یہ اجزاء مختلف راستوں سے دماغی صحت کو فروغ دے سکتے ہیں۔

یادداشت کو بہتر بنانے کے 10 طریقے جانیں پر کلک کریں۔

تاہم، چونکہ CoW صفحہ فالٹ ہینڈلر میں فی صفحہ ہوتا ہے، اس لیے جب بھی صفحہ کی خرابی واقع ہوتی ہے، آپریٹنگ سسٹم کو اس میں شامل ہونا چاہیے۔ یہ تحریری کام کے بوجھ کے لیے نمایاں کارکردگی میں کمی کا باعث بنتا ہے۔

اس مقالے میں کوریج پر مبنی کاپی آن رائٹ (CCoW) تجویز کیا گیا ہے، جو کہ CoW کے مسئلے کو کم کرنے کے لیے میموری تک رسائی کے علاقے پر غور کرنے والی ایک بہترین CoW اسکیم ہے۔ CCW کوریج کے تصور کے ساتھ پروسیس ایڈریس اسپیس میں مقامی مقام کی پیمائش کرتا ہے۔

CoW پر کارروائی کرتے ہوئے، CCoW اعلی لوکلٹی میموری والے علاقوں کے لیے متعدد صفحات کو پیشگی کاپی کرتا ہے، اس طرح تحریری کام کے بوجھ کے لیے OS کی شمولیت کو کم کرتا ہے۔ ہم علاقے کی پیمائش کے لیے چیلنجوں کی وضاحت کرتے ہیں اور تصور کو نافذ کرنے کے لیے اصلاح فراہم کرتے ہیں۔

ایک پروٹوٹائپ کے ساتھ تشخیص یہ ظاہر کرتا ہے کہ یہ طریقہ ایپلی کیشنز کی مجموعی کارکردگی کو 10% تک بہتر بنا سکتا ہے جس میں تھوڑی مقدار میں میموری اوور ہیڈ ہے۔

مطلوبہ الفاظ: کاپی آن رائٹ؛ ورچوئل میموری سسٹم؛ کانٹا ریڈیس؛ صفحہ کی غلطی

1. تعارف

آپریٹنگ سسٹم (OS) کا بنیادی کردار قیمتی نظام کے وسائل کا انتظام کرنا ہے، اور کاپی آن رائٹ (CoW) سب سے بنیادی میموری مینجمنٹ تکنیکوں میں سے ایک ہے جسے زیادہ تر عصری آپریٹنگ سسٹمز نے اپنایا ہے۔

جب دو یا دو سے زیادہ پروسیسز کو ایک ہی ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے، تو CoW سکیم پروسیس کو فوری طور پر صفحات کی نقل تیار کرنے کے بجائے ایک ہی صفحات کو شیئر کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ مشترکہ پیجز ڈیمانڈ پر ڈپلیکیٹ کیے جاتے ہیں، صرف اس صورت میں جب کوئی ایک عمل مشترکہ صفحات پر لکھتا ہے۔

ورچوئل میموری سسٹمز مؤثر طریقے سے پراسیسز کے درمیان ڈیٹا شیئرنگ فراہم کر سکتے ہیں، اور مختلف ورچوئل میموری فیچرز، جیسے پروسیس فورکس کے دوران ایڈریس اسپیس کو ڈپلیکیٹ کرنا، ایک جیسے پیجز کو ڈیڈپلیکیٹ کرنا، اور صفر پیج شیئر کرنا، کاپی آن رائٹ [1–3] کی بنیاد پر لاگو کیا جاتا ہے۔ ان خصوصیات کی وجہ سے، ایپلی کیشنز کم اسپیس اوور ہیڈ کے ساتھ اپنی ایک کاپی بنا سکتی ہیں، اور کلون کو مناسب طریقے سے استعمال کر سکتی ہیں۔

مثال کے طور پر، Redis، ایک مقبول ان-میموری کی-ویلیو اسٹور سسٹمز میں سے ایک [4]، سٹوریج میں میموری میں ڈیٹا کو برقرار رکھنے کے لیے فورک سسٹم کے ساتھ مل کر کاپی آن رائٹ کا استعمال کرتا ہے۔ ان باؤنڈ درخواستوں کی خدمت کے دوران، Redis مین پروسیس وقتا فوقتا کانٹے کے ساتھ بچوں کے عمل کو جنم دیتا ہے۔ چائلڈ پروسیس میموری اسنیپ شاٹ کے ساتھ شروع ہوتا ہے جو سٹوریج میں میموری میں موجود ڈیٹا کو محفوظ کرنے کے لیے مرکزی عمل کی طرح ہوتا ہے۔

اسنیپ شاٹ کو مرکزی عمل کے ایڈریس اسپیس سے الگ کر دیا جاتا ہے لیکن کاپی آن رائٹ کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے، مین اور چائلڈ پروسیسز کو موجودہ ڈیٹا اور اسنیپ شاٹ کے درمیان مستقل مزاجی کو برقرار رکھنے کے لیے کسی پیچیدہ طریقہ کار کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔

اس طرح، ہم اس بات پر غور کر سکتے ہیں کہ ورچوئل میموری سسٹم میں کاپی آن رائٹ ضروری ہے۔ تاہم، رائٹ-انٹینسیو ورک بوجھ کے ساتھ میموری پر مبنی ایپلی کیشنز میں موجودہ کاپی آن رائٹ پریشانی کا باعث ہے۔ خاص طور پر، ڈیٹا ڈپلیکیشن عام طور پر OS میں پیجفالٹ ہینڈلر میں ہوتا ہے۔ چونکہ ڈیٹا ڈپلیکیشن فی صفحہ پر عملدرآمد کیا جاتا ہے، کئی تحریروں کے ساتھ، اس عمل میں کافی تعداد میں صفحہ کی خرابیاں ہوسکتی ہیں۔

OS ہر صفحے کی خرابی میں ملوث ہے، جس کے نتیجے میں بار بار یوزر کرنل موڈ سوئچ ہوتا ہے۔ میموری سے متعلق ایپلی کیشنز کے بہت بڑے میموری فوٹ پرنٹ پر غور کرتے ہوئے، موڈ سوئچز کی تعداد بڑی ہے۔

اس کے علاوہ، ڈپلیکیشن کے دوران پیج ٹیبل میں ترمیم کی جاتی ہے، جس سے سسٹم میں موجود تمام کوروں کے ٹرانسلیشن لِک سائیڈ بفر (TLB) شوٹ ڈاؤن کی طرف جاتا ہے۔ یہ سب غیر معمولی اوور ہیڈز کا شکار ہوتے ہیں اور ایپلی کیشنز کی کارکردگی کو خراب کرتے ہیں۔

اس مقالے میں کوریج پر مبنی کاپی آن رائٹ (CCoW) تجویز کیا گیا ہے، ایک ناول کاپی آن رائٹ آپٹیمائزیشن اسکیم۔ جب لکھنے کے لیے کسی صفحہ تک رسائی حاصل کی جاتی ہے، تو اس کے قریبی صفحات تک بھی جلد ہی لکھنے کے لیے رسائی کا امکان ہوتا ہے کیونکہ میموری کی رسائی میں مقامی جگہ کی وجہ سے۔ کاپی آن رائٹ کے لیے صفحہ کی غلطیوں کی تعداد کو کم کرنے کے لیے CCW مقامی علاقے کا استحصال کرتا ہے۔ خاص طور پر، CCoW کاپی آن رائٹ پر ایک بڑی گرانولریٹی (جسے علاقہ کہا جاتا ہے) پر کارروائی کرتا ہے۔

صفحہ فالٹ ہینڈلر میں ایک سے زیادہ صفحات کو کاپی کرنے سے، CCW کاپی پر لکھنے اور اس کے ساتھ ہونے والے اوور ہیڈز کے لیے کافی تعداد میں صفحہ کی خرابیوں کو کم کر سکتا ہے۔ تاہم، مقامی لوکلٹی کی ڈگری پروسیس ایڈریس اسپیس میں محل وقوع کے لحاظ سے وسیع پیمانے پر مختلف ہوتی ہے، اور میموری کے کم لوکلٹی حصوں کی نقل کرنے سے وقت اور جگہ کے لحاظ سے صرف اوور ہیڈز ہوتے ہیں۔

اس کوتاہی پر قابو پانے کے لیے، ہم پروسیس ایڈریس اسپیس میں مقامی لوکلٹی کا اندازہ لگانے کے لیے ایک درست کم اوور ہیڈ میکانزم تجویز کرتے ہیں۔ CCW ہر علاقے میں کاپی پر لکھنے اور لکھنے والوں کی تعداد شمار کرتا ہے۔

محلے کی معلومات کو فورک پر لے جانے سے، ہم مقامی لوکلٹی کی ڈگری کا اندازہ لگا سکتے ہیں، اور CCoW مؤثر طریقے سے صرف اعلی مقامی علاقوں کے لیے پیشگی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ ہم نے لینکس کرنل میں مجوزہ CCoW اسکیم کو نافذ کیا۔

جیسا کہ آپریٹنگ سسٹم کے ورچوئل میموری سسٹم میں مربوط ہے، ایپلی کیشنز بغیر کسی ترمیم کے CCW سے فائدہ اٹھا سکتی ہیں۔ ہم نے مائیکرو بینچ مارک کے ساتھ کارکردگی کی خصوصیات کا تجزیہ کیا، اور حقیقت پسندانہ کام کے بوجھ کے ساتھ بینچ مارک کا استعمال کرتے ہوئے تشخیص سے پتہ چلتا ہے کہ CCW ایپلی کیشن کی کارکردگی کو 10% تک بہتر کر سکتا ہے میموری اوور ہیڈ کی معقول مقدار کے ساتھ۔

اس مقالے کا بقیہ حصہ حسب ذیل ہے۔ سیکشن 2 میں، ہم کاغذ کے پس منظر اور متعلقہ کام کا جائزہ لیتے ہیں، بشمول ورچوئل میموری اور فورک۔ ہم سیکشن 3 میں CCW ڈیزائن اور اس کے نفاذ کی تفصیلات بیان کرتے ہیں۔ سیکشن 4 CCW کے تشخیصی نتائج پیش کرتا ہے۔ آخر میں، ہم اس مقالے کو سیکشن 5 میں ختم کرتے ہیں۔

2. پس منظر اور متعلقہ کام

2.1 صفحہ بندی اور ورچوئل میموری

تقریباً تمام جدید کمپیوٹرز اور آپریٹنگ سسٹم پیجنگ اور ورچوئل میموری کو اپنی بنیادی میموری مینجمنٹ اسکیم کے طور پر اپناتے ہیں [5]۔ مرکزی میموری کو ایک ہی سائز کے صفحات میں تقسیم کیا جاتا ہے، اور OS صفحہ یونٹ میں صارف کے عمل سے میموری کو مختص یا ڈیلوکیٹ کرتے ہیں۔

OS سسٹم پر فزیکل لوکیشن پر عمل کے ایڈریس اسپیس کی میپنگ کو بھی برقرار رکھتے ہیں۔ پروسیس ایڈریس اسپیس میں ہر منطقی صفحہ کو اس کے جسمانی مقام پر نقشہ بنایا جاتا ہے، اور یہ نقشہ ایک صفحہ ٹیبل کی شکل میں محفوظ کیا جاتا ہے۔

کسی پراسیس کے لیے میموری کے حوالے کو ہینڈل کرنے کے لیے، میموری مینجمنٹ یونٹ (MMU)، پروسیسر میں ایک ہارڈویئر جزو، پیج ٹیبل کا حوالہ دے کر درخواست کردہ ایڈریس کو اس کے فزیکل ایڈریس میں ترجمہ کرتا ہے۔ صفحہ جدول صفحہ ٹیبل اندراجات (PTEs) پر مشتمل ہے۔ ہر PTE میں نقشہ سازی کی معلومات ہوتی ہیں اور متعلقہ صفحہ اور نقشہ سازی کی حیثیت کو بیان کرنے کے لیے اضافی فیلڈز ہو سکتے ہیں۔

صفحہ کا سائز، اگرچہ فن تعمیر کے لیے مخصوص ہے، زیادہ تر فن تعمیر میں عام طور پر 4 KB ہوتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ پروسیس ایڈریس اسپیس میں ہر 4 KB میں ایک PTE ہونا چاہیے۔ پروسیس ایڈریس اسپیس کے بڑے سائز کو مدنظر رکھتے ہوئے، پیج ٹیبل کا سائز، یہاں تک کہ ایک عمل کے لیے بھی، بہت زیادہ ہو سکتا ہے۔

مثال کے طور پر، 4 KB صفحات اور 8- بائٹ PTE کے ساتھ 64- بٹ فن تعمیر میں عمل کے لیے صفحہ کی میز 32 PB (264/212 × 8=255 بائٹس) سائز میں ہوگی۔ تاہم، ایڈریس کی جگہ عام طور پر بہت کم ہوتی ہے، اور زیادہ تر ایڈریس اسپیس کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔

یہ صفحہ جدول کی درجہ بندی کی تنظیم کو روشن کرتا ہے۔ پورے صفحہ کی میز کو صفحہ ٹیبل کے ٹکڑوں میں تقسیم کیا جاتا ہے جو ایک صفحہ پر فٹ ہوتے ہیں۔ صفحہ کے ٹیبل کے ٹکڑے غیر مختص ایڈریس والے علاقوں کے لیے مختص نہیں کیے گئے ہیں۔

آبادی والے صفحے کے ٹیبل کے ٹکڑوں کا خلاصہ ashigher سطح کے صفحہ ٹیبل کے ٹکڑوں میں کیا جا سکتا ہے۔ اس سمت کو اس وقت تک دہرایا جاتا ہے جب تک کہ ایک صفحہ پر صرف ٹکڑے موجود نہ ہوں، اس طرح صفحہ جدولوں کی ایک کمپیکٹ شکل کی اجازت دی جاتی ہے۔

For more information:1950477648nn@gmail.com