设计¶

可配置的层¶

DAMON提供了数据访问监控功能，同时使其准确性和开销可控。基本的访问监控需要依赖于目标地址空间并为之优化的基元。另一方面，作为DAMON的核心，准确性和开销的权衡机制是在纯逻辑空间中。DAMON 将这两部分分离在不同的层中，并定义了它的接口，以允许各种低层次的基元实现与核心逻辑的配置。

由于这种分离的设计和可配置的接口，用户可以通过配置核心逻辑和适当的低级基元实现来扩展DAMON的任何地址空间。如果没有提供合适的，用户可以自己实现基元。

例如，物理内存、虚拟内存、交换空间、那些特定的进程、NUMA节点、文件和支持的内存设备将被支持。另外，如果某些架构或设备支持特殊的优化访问检查基元，这些基元将很容易被配置。

特定地址空间基元的参考实现¶

基本访问监测的低级基元被定义为两部分。:

确定地址空间的监测目标地址范围
目标空间中特定地址范围的访问检查。

DAMON目前为物理和虚拟地址空间提供了基元的实现。下面两个小节描述了这些工作的方式。

基于VMA的目标地址范围构造¶

这仅仅是针对虚拟地址空间基元的实现。对于物理地址空间，只是要求用户手动设置监控目标地址范围。

在进程的超级巨大的虚拟地址空间中，只有小部分被映射到物理内存并被访问。因此，跟踪未映射的地址区域只是一种浪费。然而，由于DAMON可以使用自适应区域调整机制来处理一定程度的噪声，所以严格来说，跟踪每一个映射并不是必须的，但在某些情况下甚至会产生很高的开销。也就是说，监测目标内部过于巨大的未映射区域应该被移除，以不占用自适应机制的时间。

出于这个原因，这个实现将复杂的映射转换为三个不同的区域，覆盖地址空间的每个映射区域。这三个区域之间的两个空隙是给定地址空间中两个最大的未映射区域。这两个最大的未映射区域是堆和最上面的mmap()区域之间的间隙，以及在大多数情况下最下面的mmap()区域和堆之间的间隙。因为这些间隙在通常的地址空间中是异常巨大的，排除这些间隙就足以做出合理的权衡。下面详细说明了这一点:

<heap>
<BIG UNMAPPED REGION 1>
<uppermost mmap()-ed region>
(small mmap()-ed regions and munmap()-ed regions)
<lowermost mmap()-ed region>
<BIG UNMAPPED REGION 2>
<stack>

基于PTE访问位的访问检查¶

物理和虚拟地址空间的实现都使用PTE Accessed-bit进行基本访问检查。唯一的区别在于从地址中找到相关的PTE访问位的方式。虚拟地址的实现是为该地址的目标任务查找页表，而物理地址的实现则是查找与该地址有映射关系的每一个页表。通过这种方式，实现者找到并清除下一个采样目标地址的位，并检查该位是否在一个采样周期后再次设置。这可能会干扰其他使用访问位的内核子系统，即空闲页跟踪和回收逻辑。为了避免这种干扰，DAMON使其与空闲页面跟踪相互排斥，并使用 PG_idle 和 PG_young 页面标志来解决与回收逻辑的冲突，就像空闲页面跟踪那样。

独立于地址空间的核心机制¶

下面四个部分分别描述了DAMON的核心机制和五个监测属性，即 采样间隔 、 聚集间隔 、 更新间隔 、 最小区域数 和 最大区域数 。

访问频率监测¶

DAMON的输出显示了在给定的时间内哪些页面的访问频率是多少。访问频率的分辨率是通过设置 采样间隔 和 聚集间隔 来控制的。详细地说，DAMON检查每个 采样间隔 对每个页面的访问，并将结果汇总。换句话说，计算每个页面的访问次数。在每个 聚合间隔 过去后，DAMON调用先前由用户注册的回调函数，以便用户可以阅读聚合的结果，然后再清除这些结果。这可以用以下简单的伪代码来描述:

while monitoring_on:
    for page in monitoring_target:
        if accessed(page):
            nr_accesses[page] += 1
    if time() % aggregation_interval == 0:
        for callback in user_registered_callbacks:
            callback(monitoring_target, nr_accesses)
        for page in monitoring_target:
            nr_accesses[page] = 0
    sleep(sampling interval)

这种机制的监测开销将随着目标工作负载规模的增长而任意增加。

基于区域的抽样调查¶

为了避免开销的无限制增加，DAMON将假定具有相同访问频率的相邻页面归入一个区域。只要保持这个假设（一个区域内的页面具有相同的访问频率），该区域内就只需要检查一个页面。因此，对于每个 采样间隔 ，DAMON在每个区域中随机挑选一个页面，等待一个 采样间隔 ，检查该页面是否同时被访问，如果被访问则增加该区域的访问频率。因此，监测开销是可以通过设置区域的数量来控制的。DAMON允许用户设置最小和最大的区域数量来进行权衡。

然而，如果假设没有得到保证，这个方案就不能保持输出的质量。

适应性区域调整¶

即使最初的监测目标区域被很好地构建以满足假设（同一区域内的页面具有相似的访问频率），数据访问模式也会被动态地改变。这将导致监测质量下降。为了尽可能地保持假设，DAMON根据每个区域的访问频率自适应地进行合并和拆分。

对于每个 聚集区间 ，它比较相邻区域的访问频率，如果频率差异较小，就合并这些区域。然后，在它报告并清除每个区域的聚合接入频率后，如果区域总数不超过用户指定的最大区域数，它将每个区域拆分为两个或三个区域。

通过这种方式，DAMON提供了其最佳的质量和最小的开销，同时保持了用户为其权衡设定的界限。

动态目标空间更新处理¶

监测目标地址范围可以动态改变。例如，虚拟内存可以动态地被映射和解映射。物理内存可以被热插拔。

由于在某些情况下变化可能相当频繁，DAMON允许监控操作检查动态变化，包括内存映射变化，并仅在用户指定的时间间隔（ 更新间隔 ）中的每个时间段，将其应用于监控操作相关的数据结构，如抽象的监控目标内存区。