The effectiveness of buffer cache replacement algorithms is critical to the performance of I/O systems. In this paper, we propose the degree of inter-reference gap (DIG) based block replacement scheme that retains merits of the least recently used (LRU) such as simple implementation and good cache hit ratio (CHR) for general patterns of references, and improves CHR further. In the proposed scheme, cache blocks with low DIGs are distinguished from blocks with high DIGs and the replacement block is selected among high DIGs blocks as done in the low inter-reference recency set (LIRS) scheme. Thus, by having the effect of the partitioning the cache memory dynamically based on DIGs, CHR is improved. Trace-driven simulation is employed to verified the superiority of the DIG based scheme and shows that the performance improves up to about 175% compared to the LRU scheme and 3% compared to the LIRS scheme for the same traces.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.22
no.3
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pp.9-16
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2017
In recent computing systems, LRU replacement policy has been widely used because it can be simply implemented and applicable to most programs. However, if the working set size of the program is bigger than the actual cache size, LRU replacement policy may occur thrashing problem. Thrashing problem means that cache blocks are consistently replaced without re-referencing in the cache. This paper proposes a new cache management scheme to solve the thrashing problem in the second-level cache. The proposed scheme measures per set reuse frequency using EAF structure to find thrashing sets. When the cache miss occurs, it tests whether the address of the missed block is stored or not. If the address of the missed block is stored, it means that the recently evicted block is re-requested, so the reuse frequency is predicted high. In this case, the corresponding counter of the set is increased. When the counter value is bigger than the threshold value, we assume that the corresponding set shows high reuse frequency. The proposed scheme assigns the set with high reuse frequency to the additional small size cache to keep the blocks in the cache for a long time. Our experimental results show that the proposed scheme improves the IPC by 3.81% on average.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.9
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pp.3043-3067
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2022
With the mobile traffic in the network increases exponentially, multi-access edge computing (MEC) develops rapidly. MEC servers are deployed geo-distribution, which serve many mobile terminals locally to improve users' QoE (Quality of Experience). When the cache space of a MEC server is full, how to replace the cached videos is an important problem. The problem is also called the cache replacement problem, which becomes more complex due to the dynamic video popularity and the varied video sizes. Therefore, we proposed a new cache replacement scheme based on local video popularity and video size to solve the cache replacement problem of MEC servers. First, we built a local video popularity model, which is composed of a popularity rise model and a popularity attenuation model. Furthermore, the popularity attenuation model incorporates a frequency-dependent attenuation model and a frequency-independent attenuation model. Second, we formulated a utility based on local video popularity and video size. Moreover, the weights of local video popularity and video size were quantitatively analyzed by using the information entropy. Finally, we conducted extensive simulation experiments based on the proposed scheme and some compared schemes. The simulation results showed that our proposed scheme performs better than the compared schemes in terms of hit rate, average delay, and server load under different network configurations.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.11
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pp.2151-2159
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2015
Unlike an existing IP routing methods, the Content Centric Network(CCN) is new networking paradigm to find the contents by content name. The CCN can effectively process the content requested repeatedly by the user because of the cache which can be storing a content. This paper proposes a popularity based cache replacement scheme. The proposed scheme improves the hit rate better than a existing scheme. Accordingly reducing the load of server and Round Trip Time(RTT).
The loss due to caching replacement in the wireless mobile proxy caching structure has a significant effect on streaming QoS. This paper proposes a similarity-based caching loss minimization (SCLM) for minimizing the loss caused by the caching replacement. The proposed scheme divides object segments, and then it performs the similarity relation about them. Segments that perform the similarity relation generates similarity relation tree (SRT). The similarity is an important metric for deciding a relevance feedback, and segments that satisfy these requirements in the cache block for caching replacement. Simulation results show that the proposed scheme has better performance than the existing prefix caching scheme, segment-based caching scheme, and bi-directional proxy scheme in terms of QoS, average delayed startup ratio, cache throughput, and cache response ratio.
The paper proposes an efficient buffer management scheme to enhance performance of the disk I/O system. Without any user level information, the proposed scheme automatically detects the block reference patterns of applications by associating block attributes with forward distance of a block. Based on the detected patterns, the scheme applies an appropriate replacement policy to each application. We also present a new block allocation scheme to improve the performance of buffer cache when kernel needs to allocate a cache block due to a cache miss. The allocation scheme analyzes the cache hit ratio of each application based on block reference patterns and allocates a cache block to maximize cache hit ratios of system. These all procedures are performed on-line, as well as automatically at system level. We evaluate the scheme by trace-driven simulation. Experimental results show that our scheme leads to significant improvements in hit ratios of cache blocks compared to the traditional schemes and requires low overhead.
PRAM is being considered as a potential successor to DRAM because of its characteristics such as byte-addressability, non-volatility, and high density. To gain its benefits, buffer cache replacement algorithm based on PRAM has been actively studied. However, most of the previous studies on buffer cache replacement algorithm limitedly exploit the byte-level performance of PRAM by focusing its limited lifetime and slower access latency compared to DRAM. In this paper, we propose a novel buffer cache replacement algorithm that fully considers the byte-level performance of PRAM and the performance of secondary storage. To take advantage of small size write on PRAM, proposed scheme keeps pages, which are frequently accessed with a small size write, on PRAM and allows the selective page migration from DRAM to PRAM. As a result, our scheme significantly reduces the number of PRAM writes. Our experimental results indicate for real workloads that our scheme reduces the number of PRAM writes by up to 92% and improves its performance by up to 62% compared to CLOCK.
Previous buffer cache schemes for multimedia storage systems only exploited the sequential references of multimedia files and didn't consider looping references. However, in some video applications like foreign language learning, users mark the scene as loop area and then application automatically playbacks the scene several times. In this paper, we propose a new buffer replacement scheme, called HBM(Hybrid Buffer Management), for multimedia storage systems that have both sequential and looping references. Proposed scheme assumes that application layer informs reference pattern of files to file system. Then HBM applies an appropriate replacement policy to each file. Our simulation experiments show that HBM outperforms previous buffer cache schemes such as DISTANCE and LRU.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.23
no.4
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pp.1-8
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2018
In this paper, we propose an adaptive partition cache replacement policy and evaluate the performance of our scheme using various monitoring ratios to help lifetime extension of non-volatile main memory systems without performance degradation. The proposal combines conventional LRU (Least Recently Used) replacement policy and Early Eviction Zone (E2Z), which considers a dirty bit as well as LRU bits to select a candidate block. In particular, this paper shows the performance of non-volatile memory using various monitoring ratios and determines optimized monitoring ratio and partition size of E2Z for reducing the number of writebacks using cache hit counter logic and hit predictor. In the experiment evaluation, we showed that 1:128 combination provided the best results of writebacks and runtime, in terms of performance and complexity trade-off relation, and our proposal yielded up to 42% reduction of writebacks, compared with others.
Cache bypassing is a scheme to prevent unnecessary cache blocks from occupying the capacity of the cache for avoiding cache contamination. This method is introduced to alleviate the problems of non-volatile memories (NVMs)-based memory system. However, the prior works have been studied without considering wear-out attack. Malicious writing to a small area in NVMs leads to the failure of the system due to the limited write endurance of NVMs. This paper proposes a novel scheme to prolong the lifetime with higher resistance for the wear-out attack. First, the memory reference pattern is found by modified reuse distance calculation for each cache block. If a cache block is determined as the target of the attack, it is forwarded to higher level cache or main memory without updating the NVM-based cache. The experimental results show that the write endurance is improved by 14% on average and 36% on maximum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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