CN102467453B

CN102467453B - 设定内存地址空间的方法

Info

Publication number: CN102467453B
Application number: CN201010551695.4A
Authority: CN
Inventors: 卢盈志; 王郁蕙
Original assignee: Inventec Corp
Current assignee: Suzhou Unisys Information Technology Co ltd
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: CN102467453A

Abstract

本发明提供一种设定内存地址空间的方法。在操作系统执行之下，取得应用程序的内存存取频率。并且，依据此内存存取频率决定内存区域的映射。接着，利用中断讯号来执行中断处理程序。在中断处理程序执行之下，设定内存区域的映射。在操作系统中，将应用程序载入至内存区域来执行。

Description

设定内存地址空间的方法

技术领域

本发明涉及一种内存映射方法，且特别涉及一种可动态设定内存地址空间的方法。

背景技术

多处理器系统目前只能由基本输入输出系统(Basic Input Output System，BIOS)设定成一种非均匀内存存取(Non-Uniform Memory Access，NUMA)或一种均匀内存存取(Uniform Memory Access，UMA)的二种内存地址空间映射模式。其中，UMA模式为每一个处理器存取任一个内存模组的时间都一样。而NUMA模式为每一个处理器存取靠近自己的内存会比存取其它内存快。

在内存架构上若采用UMA模式，处理器的扩充性会受到内存频宽的限制。而倘若采用NUMA模式可改善处理器扩充性受到内存频宽限制的问题，但其本地处理器需花较多时间存取外部内存，且必须维持快取数据一致性。NUMA模式是使用本机内存和外部内存，本机内存是与目前执行的线程的处理器位于相同节点上的内存，而不属于目前执行的线程节点的内存，就是外部内存。因此，在NUMA模式中，某些部分的内存区域在存取上有时会比存取其它区域更久。据此，单由BIOS来选择使用一种UMA模式或一种NUMA模式似乎无法使系统达到最佳的效能。

发明内容

本发明提供一种设定内存地址空间的方法，可让系统随着不同的需求来更改映射方式。

在本发明的一实施例中，上述取得应用程序的内存存取频率的步骤中，可读取应用程序的标头以判断应用程序的执行是基于处理器运算及内存存取其中之一或其组合，以得知内存存取频率。

在本发明的一实施例中，上述取得应用程序的内存存取频率的步骤中，还可自应用程序的历史数据来取得内存存取频率。例如，记录应用程序在每次执行过程中启动内存周期(memory cycle)的执行次数与其执行时间。并且，依据执行次数与执行时间计算出内存存取频率。而在应用程序执行完成后，将应用程序的内存存取频率与其全域唯一识别码(Global Unique Identifier，GUID)储存至参数内存中的应用程序所对应的历史数据。

在本发明的一实施例中，上述在中断处理程序执行之下，设定内存区域的映射的步骤中，取得内存区域及内存区域的相关设定值，并且将内存区域的相关设定值设定至芯片组缓存器。

在本发明的一实施例中，上述在中断处理程序执行之下，设定内存区域的映射之后，可产生内存映射数据。而在操作系统中，读取此内存映射数据，以将应用程序载入至对应的内存区域。

在本发明的一实施例中，上述内存区域的映射例如为某种均匀内存存取(Uniform Memory Access，UMA)模式或某种非均匀内存存取(Non-UniformMemory Access，NUMA)模式。

在本发明的一实施例中，上述在设定内存地址空间的方法还可在开机过程中，提供一系统内存实体拓扑。此内存实体拓扑包括内存子系统组态以及内存拓扑结构。其中，内存子系统组态记录插槽(socket)数量、各个插槽对应的通道(channel)数量，以及各个通道对应的内存模组数量。而内存拓扑结构记录插槽、中央处理器线程、通道、内存模组以及排数(rank)之间的关系。并且在操作系统执行之下还可读取系统内存实体拓扑。

基于上述，本发明可让系统随着不同的需求来更改映射方式，让操作系统能够随时动态改变内存地址空间的映射，以获得更好的系统效能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例所示的电子装置的方框图。

图2是依照本发明一实施例所示的设定内存地址空间的方法流程图。

图3是依照本发明一实施例所示的应用程序的历史数据的示意图。

图4是依照本发明一实施例所示的系统内存架构的示意图。

图5是依照本发明一实施例所示的内存子系统组态的示意图。

图6是依照本发明一实施例所示的映射前的内存拓扑结构的示意图。

图7是依照本发明一实施例所示的内存区域配置的示意图。

图8是依照本发明一实施例所示的映射后的内存拓扑结构的示意图。

图9是依照本发明一实施例所示的内存映射数据的示意图。

图10是依照本发明一实施例所示的芯片缓存器设定值的示意图。

附图标记：

100：电子装置；

110：中央处理单元；

120：芯片组；

130：基本输入输出系统储存单元；

901～911、1001～1013：字段；

S205～S225：本发明一实施例的设定内存地址空间的方法各步骤。

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例所示的电子装置的方框图。请参照图1，电子装置100包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)110、芯片组120及基本输入输出系统(Basic Input Output System，BIOS)储存单元130。其中，芯片组120例如为南桥芯片或北桥芯片亦或是南、北桥芯片组，其分别与中央处理单元110及BIOS储存单元130耦接。BIOS储存单元130用以储存BIOS的程序代码。以下即搭配电子装置100来详细说明设定内存地址空间的方法各步骤。

图2是依照本发明一实施例所示的设定内存地址空间的方法流程图。在本实施例中，操作系统能够整体考虑目前系统最佳化的系统内存地址空间的映射(mapping)，并且据此向基本输入输出系统(Basic Input Output System，BIOS)提出其对内存地址空间的映射需求，由BIOS完成设定之后，再回报给操作系统。之后，操作系统再将应用程序，例如为行程(process)或线程(thread)，载入至到其所需要的内存地址空间的内存区域来执行。

请参照图2，在步骤S205中，中央处理单元执行操作系统，以在操作系统执行之下，取得应用程序的内存存取频率。例如，操作系统可读取应用程序的标头(header)来判断此应用程序的执行是基于处理器运算或是内存存取，或是同时基于处理器运算与内存存取，借以得知内存存取频率。也就是说，当应用程序是基于处理器运算，则其使用到内存模组的机率便较低，表示其具有较低的内存存取频率。而当应用程序是基于内存存取，则其使用到内存模组的机率较高，表示其具有较高的内存存取频率。

另外，也可通过记录此应用程序的历史数据，而由历史数据来判断其内存存取频率。例如，在每次应用程序执行的过程中将其启动内存周期的执行次数与其执行时间记录下来。并且，依据执行次数与执行时间计算出内存存取频率。而在应用程序执行完成后，将应用程序的内存存取频率与其全域唯一识别码(Global Unique Identifier，GUID)储存至参数内存(例如为非挥发性随机存取内存)中的此应用程序所对应的历史数据。据此，在操作系统在下次执行此应用程序时，便可依据此应用程序的GUID至参数内存中取得对应的历史数据。

举例来说，图3是依照本发明一实施例所示的应用程序的历史数据的示意图。图3为操作系统用来记录应用程序的历史数据的表格，包括三个字段，分别用来记录应用程序的GUID、内存存取频率、内存效能需求以及重映射的地址分配。其中，内存效能需求是对应至内存存取频率，内存存取频率越高则内存效能需求也越高。内存效能需求字段中，内存效能需求的范围为0～255，数字越高表示内存存取频率越高，因此在映射时，此内存存取频率越高的内存区域具有越大的交错存取(interleaving)。而重映射字段中，s代表插槽比例、c代表通道比例、d代表内存模组比例、r代表排数比例。插槽比例以s(s0，s1)表示，通道比例以c(s#，c0，c1，c2)，内存模组比例以d(s#，c#，d0，d1)表示，排数比例以r(s#，c#，d#，r0，r1)表示。上述s#为插槽编号，c#为通道编号，d#为内存模组编号。

接着，在步骤S210，操作系统会依据内存存取频率决定内存区域(MemoryRegion)的映射。一般而言，当应用程序开始进入系统且要求内存地址空间时，操作系统会找出一段可用的空间来分配给此应用程序来使用。在本实施例中，操作系统可依据此内存存取频率来选择一个内存区域，并且会依据此应用程序的内存存取频率而决定选择内存区域的映射模式，例如为某种均匀内存存取(Uniform Memory Access，UMA)模式或是某种非均匀内存存取(Non-Uniform Memory Access，NUMA)模式。

详细地说，在开机过程中，BIOS会提供一系统内存实体拓扑。例如，在BIOS执行开机自我测试(Power On Self Test，POST)中，准备此系统内存实体拓扑。而操作系统在欲开始执行应用程序之前，会去读取出此系统内存实体拓扑。据此，操作系统便可依据应用程序的内存存取频率而自系统内存实体拓扑来找出适合的内存区域以及对应的映射模式。

此内存实体拓扑包括内存子系统组态以及内存拓扑结构。为了让操作系统能够读取到系统内存实体拓扑可设计一程序(method)来让操作系统呼叫。例如以AML(ACPI Machine Language)程序设计method_SMPT，其具有一个输入参数与一个输出参数。并且，可设计当输入参数为0时，可读取出内存子系统组态；输入参数为1时，可读取出映射之前的内存拓扑结构；输入参数为2时，可读取出映射之后的内存拓扑结构。上述内存子系统组态记录插槽(socket)数量、各个插槽对应的通道(channel)数量，以及各个通道对应的内存模组数量。而内存拓扑结构记录插槽、中央处理器线程、通道、内存模处以及排数(rank)之间的关系。

底下即举例来说明何谓系统内存实体拓扑。

图4是依照本发明一实施例所示的系统内存架构的示意图。在本实施例中，此架构为多处理器系统，插槽0与插槽1分别代表不同的处理器，插槽0与插槽1分别具有三个通道，而每一个通道上面设置有两个内存模组。在此，内存模组为双列内存模组(Dual Inline Memory Module，DIMM)。也就是说，插槽0包括通道0、通道1与通道2，而这三个通道分别具有DIMM 0与DIMM 1。另外，插槽1也包括通道0、通道1与通道2，且这三个通道分别具有DIMM 0与DIMM 1。另外，插槽0与插槽1分别具有4个核心(core)，且每一个核心包括两个线程(thread)。

图5是依照本发明一实施例所示的内存子系统组态的示意图。本实施例是以图4的系统内存架构为例。请参照图5，内存子系统组态包括2个插槽，每一个插槽具有3个通道，而每一个通道具有2个内存模组。

图6是依照本发明一实施例所示的映射前的内存拓扑结构的示意图。在本实施例中，内存拓扑结构记录了内存映射前的排数的大小。请参照图6，在此以图4的架构为例，假设插槽0上的线程编号(Local APIC ID)为0～7，插槽1上的线程编号为8～15。其中，每一个内存模组的排数为2。各通道的DIMM 0的排数编号分别为0与1，而DIMM 1的排数编号分别为2与3。以图4的架构中的插槽0而言，插槽0的通道0的DIMM 0与DIMM 1分别为2GB与4GB，其中DIMM 0的排数编号0与1所分配的大小各为1GB，而DIMM 1的排数编号2与3所分配的大小各为2GB。其余以此类推。

图7是依照本发明一实施例所示的内存区域配置的示意图。请参照图7，假设将内存地址空间配置为10个内存区域，即区域0～区域9。其中，区域0的范围为0～(1M-1)，区域1的范围为1M～(3G-8M-1)，区域2的范围为(3G-8M)～(3G-1)，区域3的范围为3G～(4G-1)，区域4的范围为4G～(10G-9M-1)，区域5的范围为(10G-9M)～(18G-9M-1)，区域6的范围为(18G-9M)～(22G-9M-1)，区域7的范围为(22G-9M)～(25G-9M-1)，区域8的范围为(25G-9M)～(26G-1M-1)，区域9的范围为(26G-1M)～(33G-1M-1)。

基于图4的架构与图7的区域配置，底下再举一例来说明映射之后的内存的配置为何。图8是依照本发明一实施例所示的映射后的内存拓扑结构的示意图。图9是依照本发明一实施例所示的内存映射数据的示意图。

请参照图8，其记录映射后的内存拓扑结构，也就是图7的区域0～区域9各自对应的位置。以区域0的所配置的位置“(0(1GB-1MB)，1(1GB)/2(2GB)，3(2GB)”而言，其中“0(1GB-1MB)，1(1GB)”代表插槽0的通道0的DIMM 0底下的排数编号0与排数编号1，“2(2GB)，3(2GB)”代表插槽0的通道0的DIMM1底下的排数编号2与排数编号3。排数编号0的剩余大小为(1GB-1MB)，排数编号1的剩余大小为1GB，排数编号2的剩余大小为2G，排数编号3的剩余大小为2G。据此可以知道，区域0是配置在插槽0底下的通道0中，且是与此通道0连接的DIMM 0底下的排数编号0中，其配置大小为1MB，故剩余大小还有(1GB-1MB)。其余表述以此类推不再赘述。而由图8便可以获得内存映射数据，如图9所示。

请参照图9，字段901记录各内存区域的区域编号，字段903记录各内存区域的内存地址空间范围，字段905记录内存区域大小，字段907记录各内存区域是否可重映射，字段909记录各内存区域的内存效能需求，字段911记录各内存区域的内存映射模式。

在字段907中，0代表此内存区域不可重映射，1代表此内存区域可进行重映射。而在字段909中，内存效能需求的范围例如为0～255，数字越高表示此内存区域被存取的频率越高，因此在映射时，此内存效能需求越高的内存区域具有越大的交错存取(interleaving)。

在字段911中，内存映射模式包括插槽比例、通道比例、内存模组比例以及排数比例，也就是内存区域映射至不同插槽、通道、内存模组以及排数所占的比例。其中，插槽比例以s(s0，s1)表示，通道比例以c(s#，c0，c1，c2)，内存模组比例以d(s#，c#，d0，d1)表示，排数比例以r(s#，c#，d#，r0，r1)表示。上述s#为插槽编号，c#为通道编号，d#为内存模组编号。

其中，区域0的内存区域大小为1MB。区域0的内存映射模式中，s(1，0)表示其插槽0与插槽1的配置比例为1∶0，也就是区域0皆配置于插槽0。而c(0，1，0，0)表示其插槽0底下的通道0、通道1及通道2的配置比例为1∶0∶0，也就是区域0皆配置于插槽0的通道0之下。另外，d(0，0，1，0)表示其插槽0底下之通道0的DIMM 0与DIMM 1的配置比例为1∶0，也就是区域0皆配置于插槽0的通道0底下DIMM 0中。r(0，0，0，0，1，0)代表插槽0对应的通道0底下的DIMM 0的排数比例为1∶0，也就是其配置于插槽0对应的通道0底下之DIMM 0的排数0中，在此以(S0，C0，D0，R0)表示。其余相同表述以此类推，底下不再赘述。一般而言，内存地址空间开始处，即区域0，为BIOS与操作系统所使用，因此为不可重映设，故其字段907记录为0。

区域1的内存区域大小为(3GB-9MB)，一般用于存放操作系统的程序代码(code)，因此不可重映射。区域1均匀分配于(S1，C0/C1/C2，D0/D1，R0/R1)。区域2的内存区域大小为8MB，一般是作为BIOS的SMM内存，因此不可重映射。区域2均匀分配于(S0，C0，D0，R0)。区域3的内存区域大小为1GB，一般是给内存映射I/O(Memory-mapped I/O，MMIO)来使用，故不会对此区域进行映射。区域4的内存区域大小为(6GB-9MB)，其平均分配于插槽0的通道0中。区域5的内存区域大小为8GB，其平均分配于插槽0的通道1中。区域6的内存区域大小为4GB，其平均分配于插槽0的通道2中。区域7的内存区域大小为(3GB+4MB)，其平均分配于插槽1的通道0中。区域8的内存区域大小为(1GB+4MB)，其平均分配于插槽1的通道1中。区域9的内存区域大小为(7GB+1MB)，其平均分配于插槽1的通道2中。

据此，操作系统在读取了系统内存实体拓扑之后，便依据应用程序的内存效能需求自映射数据中选择其中一个内存区域。

之后，在步骤S215中，利用一中断讯号来执行中断处理程序。例如，操作系统会透过软件系统管理中断(software system management interrupt，SWSMI)来达成设定内存区域的映射。操作系统可透过芯片组120(例如：南桥芯片)触发SMI至中央处理单元110。当SMI被触发到中央处理单元时，便会进入系统管理模式。CPU可以在系统管理模式下自系统管理随机存取内存(System Management Random Access Memory，SMRAM)中读取系统管理中断处理程序(SMI handler routine，以下简称SMI处理程序)，以由SMI处理程序来服务此系统管理中断。

然后，在步骤S220，在中断处理程序执行之下，由中断处理程序来设定内存区域的映射。例如，中断处理程序会取得内存区域及内存区域的相关设定值。之后，将内存区域的相关设定值设定至芯片组缓存器中。在设定完成之后，产生内存映射数据。并且执行RSM指令以退出SMM模式。

图10是依照本发明一实施例所示的芯片缓存器设定值的示意图。请参照图10，字段1001记录各内存区域的区域编号，字段1003记录内存区域的基地址、字段1005记录内存区域的尺寸(单位为字节)，字段1007、字段1009、字段1011及字段1013分别记录插槽比例、通道比例、内存模组比例及排数比例。

其中，字段1007中，插槽比例占4n个位(bit)，即2×2×n＝4n bits。而n为每个插槽比例所占的位数。例如，n＝3表示每个插槽比例的值为0～7，故插槽比例占1.5bytes。字段1009中，通道比例占6n bits，即2×3×n(2bytes加上2bits)，S0代表插槽0中的通道比例，S1代表插槽1中的通道比例。字段1011中，内存模组比例占12n bits(4.5bytes)，即2×3×2n，“S0/C0”代表插槽0的通道0的内存模组比例，“S0/C1”代表插槽0的通道1的内存模组比例，“S0/C2”代表插槽0的通道2的内存模组比例，“S1/C0”代表插槽1的通道0的内存模组比例，“S1/C1”代表插槽1的通道1的内存模组比例，“S1/C2”代表插槽1的通道2的内存模组比例。字段1013中，排数比例占24n bits(9bytes)，即2×3×2×2×n，以“S#/C#/D#”代比哪一个插槽底下的哪一个通道的哪一个内存模组中的排数比例。

在本实施例中，为了让操作系统能够读取到内存映射数据，可设计一程序(method)来让操作系统呼叫。当操作系统呼叫此程序时，触发SMI来执行SMI处理程序。例如以AML程序设计method_SCAM去获得内存映射数据。操作系统取得内存映射数据便能够知道内存区域是如何映射，因此能够将应用程序载入到适当的内存区域中，以得较好得系统效能。也就是说操作系统可使用method_SCAM去配置(allocate)或释放(release)内存地址空间的映射。操作系统会将选定的内存区域的基地址与大小、以及决定配置内存区域或释放内存区域的参数(例如，0为释放，1为配置)输入至此程序中。当欲进行设定内存区域的映射时，便会依据此内存区域在系统中所分配到的插槽比例、通道比例、内存模组比例以及排数比例来进行映射。

而在步骤S225中，在操作系统中，载入应用程序至内存区域来执行。而在应用程序执行完成之后，操作系统还可通过中断讯号进入SMM模式来释放此内存区域。

综上所述，本发明可让系统随着应用程序的需求来更改映射方式，让操作系统能够随时动态改变内存地址空间的映射，借以获得更好的系统效能。这是因为操作系统可知道到目前时刻最佳化的内存地址空间的映射为何，因此，操作系统能够动态对内存地址空间的区域执行重映射，使得系统能够无时无刻皆维持在将最佳状态，让所有插槽上的通道都尽可能维持在有流量(traffic)的状态。

虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种设定内存地址空间的方法，其特征在于，包括：

在操作系统执行之下，取得应用程序的内存存取频率；

该操作系统依据该内存存取频率决定内存区域的映射；

利用中断讯号来执行中断处理程序；

在该中断处理程序执行之下，设定该内存区域的映射；以及

在该操作系统中，载入该应用程序至该内存区域来执行，

其中在该中断处理程序执行之下设定该内存区域的映射的步骤包括：

取得该内存区域及该内存区域的相关设定值；以及

将该内存区域的相关设定值设定至芯片组缓存器。

2.根据权利要求1所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，取得该应用程序的内存存取频率的步骤包括：

读取该应用程序的标头以判断该应用程序的执行是基于处理器运算及内存存取其中之一或其组合，以得知该内存存取频率。

3.根据权利要求1所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，取得该应用程序的内存存取频率的步骤包括：

自该应用程序的历史数据取得该内存存取频率。

4.根据权利要求3所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，还包括：

记录该应用程序在每次执行过程中启动内存周期的执行次数与其执行时间；

依据该执行次数与该执行时间计算出该内存存取频率；以及

在该应用程序执行完成后，将该应用程序的该内存存取频率与其全域唯一识别码储存至参数内存中的该应用程序所对应的该历史数据。

5.根据权利要求1所述的设定内存地址空间的方法，其中在该中断处理程序执行之下，设定该内存区域的映射的步骤之后，其特征在于，还包括：

产生内存映射数据。

6.根据权利要求5所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，在该操作系统中，载入该应用程序至该内存区域来执行的步骤包括：

读取该内存映射数据，以将该应用程序载入至对应的内存区域。

7.根据权利要求1所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，该内存区域的映射为均匀内存存取模式或非均匀内存存取模式。

8.根据权利要求1所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，还包括：

在开机过程中，提供系统内存实体拓扑，该内存实体拓扑包括内存子系统组态以及内存拓扑结构；其中，该内存子系统组态记录插槽数量、每一该些插槽对应的通道数量，以及每一该些通道对应的内存模组数量；该内存拓扑结构记录插槽、中央处理器线程、通道、内存模组以及排数之间的关系。

9.根据权利要求8所述的设定内存地址空间的方法，其特征在于，在该操作系统执行之下还包括：

读取该系统内存实体拓扑。