Estrategias de ubicación de aplicaciones en núcleos SMT en procesadores Intel

Abstract

[ES] Los procesadores multihilo simultáneo están dominando el mercado de la computación de altas prestaciones. Entre estos procesadores, los que soportan solos dos hilos (SMT2) están siendo los más implantados en los procesadores actuales, dónde solo dos hilos compiten en tiempo de ejecución por los recursos internos del núcleo. Las prestaciones de estos procesadores pueden aumentar si se seleccionan aplicaciones simbióticas (que utilicen componentes distintos y con ello que se vean limitados por partes distintas del procesador) para su ejecución simultánea en el mismo núcleo, ya que reduce la interferencia entre aplicaciones debido a lucha de las aplicaciones por la utilización de los recursos que comparten. Además, estas interferencias hacen que el tiempo de ejecución de una aplicación sea impredecible, ya que varia en función de la aplicación con la que se esté ejecutando.

En este Trabajo Fin de Máster se analizan y proponen estrategias de ubicación de aplicaciones en núcleos simultaneous multihreading (SMT) de procesadores Intel, donde cada núcleo soporta hasta dos hilos en ejecución concurrente. En el proyecto se presentan distintas políticas que progresivamente van mejorando las prestaciones de las aplicaciones, analizando los motivos de estas mejoras. Los resultados de las políticas presentadas en este proyecto se comparan con la política utilizada por Linux y con L1 Aware, una política del estado del arte también propuesta para procesadores Intel SMT2. Además, cabe destacar que todo el estudio y análisis se ha realizado en dos máquinas Intel distintas. Un procesador está orientado a las altas prestaciones, Intel Xeon E5-2620 v4, y el otro procesador es una placa de desarrollo empleada en la investigación de dispositivos móviles, Intel Core i5-1145G7.

Los resultados experimentales muestran que los algoritmos desarrollados logran conseguir mejoras significativas en cada una de las máquinas. En la máquina para altas prestaciones las políticas alcanzan hasta un 21,6% de mejora con respecto al rendimiento que se hubiera tenido si la gestión de la ubicación de las aplicaciones la hiciera el sistema operativo Linux, obteniendo una 14,5% de media. Por otra parte, la máquina orientada a dispositivos móviles logra obtener hasta un 22,8% y un 11,3% de media sobre Linux.

[EN] Simultaneous multithreading processors are dominating the High Computing Performance market. Among these processors, those supporting only two threads (SMT2) are being the most widely implemented in current systems, thus, only two threads compete in execution time for the intra-core resources. The performance of these processors can be increased by selecting symbiotic applications (using different components and thus limited by different parts of the processor) for simultaneous execution on the same core, as it reduces the interference between applications due to the applications fighting for the use of the resources they share. In addition, this interference makes the execution time of an application unpredictable, since it varies depending on the application with which it is running.

This Master¿s Thesis analyses and proposes strategies for application placement on simultaneous multithreading (SMT) cores, where each core supports up to two concurrently executing threads. (SMT) cores of Intel processors, where each core supports up to two threads in concurrent execution. The project presents different policies that progressively improve application performance, analysing the reasons for these improvements. The results of the policies presented in this project are compared with the policy used by Linux and with L1 Aware, a state-of-the-art policy also proposed for Intel SMT2 processors. In addition, it is worth noting that the entire study and analysis has been performed on two different Intel machines. One processor is high performance oriented, Intel Xeon E5-2620 v4, and the other processor is a development board used in mobile device research, Intel Core i5-1145G7.

The experimental results show that the algorithms developed achieve significant improvements on each of the machines. On the high-performance machine, the policies achieve up to a 21.6% improvement with respect to the performance that would have been obtained if the management of the location of the applications had been done by the Linux operating system, obtaining an average of 14.5%. On the other hand, the mobile device-oriented machine achieves up to 22.8% and 11.3% on average over Linux.