Элементы архитектуры системы виртуальной памяти во FreeBSD

Авторские права

Название статьи говорит лишь о том, что я попытаюсь описать в целом VM-систему понятным языком. Последний год я сосредоточил усилия в работе над несколькими основными подсистемами ядра FreeBSD, среди которых подсистемы VM и подкачки были самыми интересными, а NFS оказалась ''необходимой рутиной''. Я переписал лишь малую часть кода. Что касается VM, то я единственным большим обновлением, которое я сделал, является переделка подсистемы подкачки. Основная часть моей работы заключалась в зачистке и поддержке кода, с единственной заметной переделкой кода и без значительной переделки алгоритмов в VM-подсистеме. В основном теоретическая база работы VM-подсистемы осталась неизменной, а большинство благодарностей за современных нововведения за последние несколько лет принадлежат John Dyson и David Greenman. Не являясь историком, как Керк, я не буду пытаться связать различные возможности системы с именами, потому что обязательно ошибусь.


1. Введение

Перед тем, как перейти непосредственно к существующей архитектуре, потратим немного времени на рассмотрение вопроса о необходимости поддержки и модернизации любого длительно живущего кода. В мире программирования алгоритмы становятся более важными, чем код, и именно из-за академических корней BSD изначально большое внимание уделялось проработке алгоритмов. Внимание, уделенное архитектуре, в общем отражается на ясности и гибкости кода, который может быть достаточно легко изменен, расширен или с течением времени заменен. Хотя некоторые считают BSD ''старой'' операционной системой, те их нас, кто работает над ней, видят ее скорее системой со ''зрелым'' кодом с различными компонентами, которые были заменены, расширены или изменены современным кодом. Он развивается, и FreeBSD остается передовой системой, вне зависимости от того, насколько старой может быть часть кода. Это важное отличие, которое, к сожалению, не всеми понимается. Самой большой ошибкой, которую может допустить программист, является игнорирование истории, и это именно та ошибка, которую сделали многие другие современные операционные системы. Самым ярки примером здесь является Windows NT®, и последствия ужасны. Linux также в некоторой степени совершил эту ошибку--достаточно, чтобы мы, люди BSD, по крайней мере по разу отпустили по этому поводу шутку. Проблема Linux заключается просто в отсутствии опыта и истории для сравнения идей, проблема, которая легко и быстро решается сообществом Linux точно так же, как она решается в сообществе BSD--постоянной работой над кодом. Разработчики Windows NT, с другой стороны, постоянно совершают те же самые ошибки, что были решены в UNIX® десятки лет назад, а затем тратят годы на их устранение. Снова и снова. Есть несколько случаев ''проработка архитектуры отсутствует'' и ''мы всегда правы, потому что так говорит наш отдел продаж''. Я плохо переношу тех, кого не учит история.

Большинство очевидной сложности архитектуры FreeBSD, особенно в подсистеме VM/Swap, является прямым следствием того, что она решает серьезные проблемы с производительностью, которые проявляются при различных условиях. Эти проблемы вызваны не плохой проработкой алгоритмов, а возникают из окружающих факторов. В любом прямом сравнении между платформами эти проблемы проявляются, когда системные ресурсы начинают истощаться. Так как я описываю подсистему VM/Swap во FreeBSD, то читатель должен всегда иметь в виду два обстоятельства. Во-первых, самым важным аспектом при проектировании производительности является то, что называется ``оптимизацией критического маршрута''. Часто случается, что оптимизация производительности дает прирост объема кода ради того, чтобы критический маршрут работал быстрее. Во-вторых, четкость общей архитектуры оказывается лучше сильно оптимизированной архитектуры с течением времени. Когда как обобщенная архитектура может быть медленнее, чем оптимизированная архитектура, при первой реализации, при обобщенной архитектуре легче подстраиваться под изменяющиеся условия и чрезмерно оптимизированная архитектура оказывается непригодной. Любой код, который должен выжить и поддаваться поддержке годы, должен поэтому быть тщательно продуман с самого начала, даже если это стоит потери производительности. Двадцать лет назад были те, кто отстаивал преимущество программирования на языке ассемблера перед программированием на языке высокого уровня, потому что первый генерировал в десять раз более быстрый код. В наши дни ошибочность этого аргумента очевидна--можно провести параллели с построением алгоритмов и обобщением кода.

Этот, и другие документы, могут быть скачаны с ftp://ftp.FreeBSD.org/pub/FreeBSD/doc/.

По вопросам, связанным с FreeBSD, прочитайте документацию прежде чем писать в <questions@FreeBSD.org>.
По вопросам, связанным с этой документацией, пишите <doc@FreeBSD.org>.
По вопросам, связанным с русским переводом документации, пишите в рассылку <frdp@FreeBSD.org.ua>.
Информация по подписке на эту рассылку находится на сайте проекта перевода.

Обновлено: 12.03.2015