Besseres Speichermanagement für Multicore-Prozessoren

Allokation auf eigenem Kern im Hintergrund

Mit inzwischen zwölf Kernen für Desktop-PCs steigen die Probleme, die vorhandenen Rechenressourcen auch zu nutzen. Die Universität des US-Staates North Carolina hat dafür einen interessanten Ansatz entwickelt: Ein Kern soll sich nur um Speicherverwaltung kümmern, während die anderen rechnen können.

Die Zahl der Kerne steigt unaufhaltsam, die Taktfrequenz aber nicht: Intels erster Hexacore, der Core i7 980X, besitzt sechs Kerne, auf denen zwölf Threads parallel ausgeführt werden können. AMD will bald mit sechs Kernen und sechs Threads auf dem Phenom II X6 nachziehen. Dabei ist aber der Takt im Falle der Intel-CPU bei 3,33 GHz stehen geblieben, so dass nur wenige Programme schneller laufen. Das Zauberwort heißt Parallelisierung: Programme müssen in immer mehr Threads aufgeteilt werden, was aber nicht bei jeder Anwendung möglich ist.

Textverarbeitungen oder Webbrowser warten ständig auf Eingaben des Benutzers oder die Verfügbarkeit von Daten, die bearbeitet werden müssen: Ist kein Wort eingegeben, kann es nicht in die richtige Schriftart gesetzt werden oder von der Rechtschreibprüfung kontrolliert werden. Hat der Browser ein Bild noch nicht geladen, kann es nicht an die richtige Stelle des Layouts gesetzt werden.

Ein Großteil des Codes gebräuchlicher Anwendungen arbeitet immer noch Befehle Schritt für Schritt ab, solche seriellen Programme zu parallelisieren ist schwer möglich. Forscher der Universität von North Carolina (NCSU) schlagen nun vor, die Kerne, die mit Rechnen beschäftigt sind, zu entlasten. Als Ansatzpunkt haben sie dafür die Speicherverwaltung ausgemacht. Ein Programm muss ständig Speicherbereiche belegen (Allokation) oder wieder freigeben (Deallokation) - üblicherweise ist das eine der wichtigsten Aufgaben des Betriebssystems.

Dafür sind Threads nötig, die wiederum das OS verwaltet. Im Falle von Windows Vista können viele Threads dabei sogar bremsen, bei Windows 7 und vielen Linux-Versionen ist das besser gelöst. Die NCSU will mit einer Verlagerung der Speicherverwaltung weg von den rechnenden Kernen kontinuierliche Geschwindigkeitssteigerungen von 20 Prozent je Anwendung erreicht haben. Untersucht wurden dabei Programme mit serieller Ausführung.

Um welche Anwendungen es sich handelt, haben die Wissenschaftler noch nicht verraten. Sie wollen ihre Arbeit auch erst in einem Papier namens "MMT: Exploiting Fine-Grained Parallelism in Dynamic Memory Management" auf einem Kongress der IEEE am 21. April 2010 in Atlanta vorstellen. Dann wird vielleicht auch klar, wie tief die Eingriffe ins Betriebssystem für die neue Technik sein müssen.