动态二进制翻译中的指令调度技术研究与实现

动态二进制翻译提供了无需重新编译源代码就能将源机器生成的可执行代码自动转换到目标机器的方法,很好地解决了代码兼容性问题.其核心思想是根据程序的动态运行信息找到反复执行的代码序列,对代码序列进行翻译和优化,并将结果多次重用.指令调度作为一种有效的编译优化手段,也适用于动态二进制翻译.在对gcc的指令调度器分析研究的基础上,结合动态二进制翻译的实时性特点,提出了适合动态二进制翻译的效率高、开销小的指令调度算法.     

基于整数线性规划的VLIW DSP指令分簇调度

在分簇VLIW DSP上,指令分簇是一项对程序性能有重要影响的编译优化,但现有的指令分簇算法只能处理顺序的程序区域,且难以获得最佳的分簇方案。针对这些问题,提出一种基于整数线性规划的统一指令分簇与指令调度的方法。该方法使用零一决策变量表示函数中指令的分簇、指令的局部调度以及簇间传输指令的全局调度,并将指令之间的依赖关系和对处理器资源的竞争关系构造为线性约束,最终得到一个以最小化函数的估计执行时间为目标的整数线性规划模型。实验结果表明,求解该模型得到的分簇调度方案对程序性能的优化显著强于现有算法,并且求解模型所耗费的时间是可接受的。     

面向VLIW处理器的分支调度优化算法

分支调度是一种有效消除分支指令延迟的指令调度技术,对于提升VLIW类处理器的性能非常重要。提出了一个针对分支延迟槽的指令调度优化算法。该算法面向VLIW体系结构,根据程序依赖图选择合适的候选指令序列;通过建立代价收益模型为分支延迟槽产生一个收益较大的指令调度序列。实验数据表明,分支调度算法可以平均提升12.9%的应用程序性能。     

软件流水的开销模型和决策框架

软件流水是一种重要的指令调度技术,它通过重叠地执行不同的循环体来提高指令级并行性(instruction level parallelism,简称ILP).模调度是一类被广泛采用的软件流水调度算法.软件流水并非一种无损的优化方法,它具有一定的开销,比如延长了编译时间、增加了寄存器压力等.而且,受到体系结构、调度算法以及程序特性的限制,进行软件流水并不一定能达到理想的加速比,有时反而会引起性能下降.提出了一种面向程序特性的软件流水开销模型,对此模型下的软件流水开销进行了量化分析,并提出了一种基于相关性分析的     

基于谓词代码的编译优化技术研究

程序中大量分支指令的存在,严重制约了体系结构和编译器开发并行性的能力。有效发掘指令级并行性的一个主要挑战是要克服分支指令带来的限制。利用谓词执行可有效地删除分支,将分支指令转换为谓词代码,从而扩大了指令调度的范围并且删除了分支误测带来的性能损失。阐述了基于谓词代码的指令调度、软件流水、寄存器分配、指令归并等编译优化技术。设计并实现了一个基于谓词代码的指令调度算法。实验表明,对谓词代码进行编译优化,能有效提高指令并行度,缩短代码执行时间,提高程序性能。     

面向国产高性能加速器的LLVM编译器设计及优化

国防科技大学自主研制的高性能加速器采用中央处理器(CPU)+通用数字信号处理器(GPDSP)的片上异构融合架构,使用超长指令集(VLIW)+单指令多数据流(SIMD)的向量化结构的GPDSP是峰值性能主要支撑的加速核。主流编译器在密集的数据计算指令排布、为指令静态分配硬件执行单元、GPDSP特有的向量指令等方面不能很好地支持高性能加速器。基于低级虚拟器(LLVM)编译框架,在前寄存器分配调度阶段,结合峰值寄存器压力感知方法(PERP)、蚁群优化(ACO)算法与GPDSP结构特点,优化代价模型,设计支持寄存器压力感知的指令调度模块;在后寄存器分配阶段提出支持静态功能单元分配的指令调度策略,通过冲突检测机制保证功能单元分配的正确性,为指令并行执行提供软件基础;在后端封装一系列丰富且规整的向量指令接口,实现对GPDSP向量指令的支持。实验结果表明,所提出的LLVM编译架构优化方法从功能和性能上实现了对GPDSP的良好支撑,GCC testsuite测试整体性能平均加速比为4.539,SPEC CPU 2017浮点测试整体性能平均加速比为4.49,SPEC CPU 2017整型测试整体性能平均...     

传输触发体系结构指导下的ASIP自动生成

提出传输触发体系结构（TTA）指导下的专用指令集处理器自动生成方法,可有效地解决指令集生成、可重定向编译和微结构设计等问题. TTA只包括一种指令即传输指令,避免了指令集生成的问题;在该方法的软件工具链中,语义翻译和调度相互独立,调度器无需关心语义,解决了可重定向编译的问题;微结构设计遵循统一模板,其寄存器传输级描述可自动生成.另外,针对应用的性能优化与连接优化过程是自动完成的.在密码算法领域的应用验证了该方法的有效性.     

CPU流水线技术中的结构相关和数据相关

CPU流水线技术是计算机CPU设计中普遍采用的一种并行处理技术。它可以提高指令的运行效率,但是其流水线相关问题是流水线执行过程中的主要障碍,会给流水线中指令序列的顺利执行带来许多不利的影响。流水线中的相关主要是结构相关和数据相关,本文重点介绍了他们的解决方法。其中数据相关较普遍,旁路技术是主要的解决方法。     

显式并行资源计算结构及其编译优化

提出并分析了一种新的基于超长指令字(VLIW)思想的微处理器模型,该模型提供了体系结构可见的处理器内部结果寄存器和数据通路,允许优化编译器进行直接的控制和调度,并依赖编译器保证操作之间的依赖关系,以简化硬件设计并获得更高的时钟频率.基于该目标模型,构造了一个完整的优化编译和模拟环境,提出、分析并实现了相应的软件旁路优化以及集成式的资源分配与指令调度算法.     

基于ARM-FPGA的PLC源程序编译系统的设计

在研究PLC程序编译执行过程和新指令特点的基础上,基于ARM-FPGA的PLC主机结构,提出一种新型PLC指令的编译方法。静态编译将指令的操作数转换为PLC软元件的直接地址,建立转移类指令的转移地址链表,编译成为新的PLC程序代码序列;动态编译在PLC程序执行过程中将新程序指令中操作数的直接地址转换为立即数,由FPGA模块执行。通过对PLC用户源程序的编译与执行,表明该方法能够充分应用FPGA高速并行处理的功能,提高了PLC程序执行的速度。     

基于GCC的VLIW编译系统研究

VLIW机器在单个机器周期中同时发射并执行多个的并行操作,从而获得较高的指令级并行度,这些操作之间的依赖分析和调度工作则被完全交给相应的编译器执行,因此VLIW的并行性能能否充分发挥取决于VLIW体系结构相关编译器的质量。GNU开发的GCC是被最广泛使用的编译系统之一,它具有多语言、多平台支持的能力和开放的结构,能够运用各种成熟的常规编译优化技术生成高效的代码。文章分析了VLIW及GCC的结构特点,提出了一种基于GCC的VLIW编译系统设计方案,利用GCC进行RTL中间代码一级的体系结构无关优化和少量体系结构相关优化,在汇编代码一级针对VLIW结构进行体系结构相关的优化,从而充分利用GCC的成熟编译技术快速开发高效的VLIW多语言编译系统。     

多处理机容错系统中实时任务的轮转式调度算法

基于多处理机实时系统的“主从备份技术”,文章提出一种采用轮转式调度策略实现容错调度的算法。模拟结果表明,该算法可达到较均衡的任务分布,提高了CPU利用率。     

基于OOPN的多处理机操作系统设计与实现

大多数实时系统具有事件驱动的并发特性,同时多处理机系统在实时领域得到了广泛的应用。实时系统内在的并发性以及与环境的交互性导致了实时软件复杂的控制结构,使得开发实时软件十分困难。由于PETRI网是一种适合于描述并发的可视化建模语言,有形式化描述。所以,作者采用PETRI网来表示一个实时软件中的并发部分,用普通编程语言实现剩下的顺序程序部分。两级程序设计方法可以更加有效、可靠地开发实时软件。文章涉及的实时操作系统是以RTLinux为基础,对其内核进行扩展,使之支持OOPN1形式的作业描述,并具有实时多处理机调度功能。     

基于DAG图的自适应代码划分优化算法

并行编译的两大工作是程序代码划分和调度。对于调度问题，目前已有大量的解决方案，但是针对代码划分提取并行性的研究工作却非常少。该文提出了通过合并结点来划分DAG图的新的划分算法。实例分析证明，该算法是一种有效的、低复杂度的自适应代码划分解决方案，并且适用于异构计算的任务图划分。     

WEB服务器的负载研究与处理

WEB服务器过载是导致“网络拥塞”的根源,严重制约了动态Web技术的应用和发展。文章通过改变IIS服务器程序处理过程,,利用分布式缓冲池页面处理方式,结合调度池算法和重定向技术,提出了一种ISAPI的自适应负载均衡处理系统集成方案,减轻Web服务器的负载,加速并均衡了对客户的响应,大大缓解了“网络拥塞”现象。     

即时编译器中的轻量级指令调度算法

介绍了一种为即时编译器和时空受限系统设计的轻量级线性复杂指令调度算法。该算法进行指令调度时，不基于传统的DAG图或表达式树，而是基于一种独创的数据结构扩展关联矩阵，其时间复杂性在最坏情况下也能与全部指令长度构成严格的线性关系，仅占用不到1 KB的内存空间。该算法已被Intel为Xscale设计的高性能J2ME虚拟机XORP采用为即时编辑器中的缺省指令调度算法。     

电子商务的安全和原子：模型、协议和验证

电子商务的流行与接受主要取决于下述属性：安全、原子、隐私与匿名．对于需要安全、原子和隐私等3个属性的物理商品的电子交易还没有合适的电子商务协议．基于此,提出了一个称为ELC的电子商务模型,ELC模型模拟了国际贸易中的电子信用证．然后提出了一个安全、原子的电子商务协议．最后,在有一个入侵者的情况下,通过使用BAN风格的逻辑证明所期望的属性分析了协议的强度和正确性     

由VTRR算法为DiffServ提供QoS的一种方法

DiffServ是解决宽带Internet QoS控制的一种可行方案,它在边界节点将不同的QoS要求映射成PHB.对每类具有相同PHB的IP业务流,应用VTRR公平调度算法.VTRR算法允许在竞争带宽的业务流中公平共享分配的带宽.将VTRR与RSVP结合使用,能为DiffServ提供QoS保证.     

基于HEFT和CPOP的相关任务表调度算法

DAG任务调度是当前研究的热点,DAG任务模型中任务的调度顺序一方面会影响用户服务满意质量,另一方面也会影响云服务资源的利用率,高效的任务调度算法能够使多核处理器的资源分配和并行计算能力更强.表调度算法HEFT算法以及CPOP算法在相关任务调度中存在效率较低等问题.本文基于HEFT算法和CPOP算法,提出了一种相关任务调度模型和相关任务调度算法IHEFT算法,对任务排序和任务调度两个方面进行改进.任务排序阶段,以任务的方差以及平均通信代价作为排序的依据;任务调度阶段,对满足任务复制条件的结点进行任务复制.实验证明,IHEFT算法在任务调度跨度、任务调度平均等待时间以及平均Slack值方面均优于HEFT算法和CPOP算法.     

DAG分割模型下的云工作流调度策略

为了优化云工作流调度的经济代价和执行效率,提出一种基于有向无循环图（DAG）分割的工作流调度算法PBWS。以工作流调度效率与代价同步优化为目标,算法将调度求解过程划分为三个阶段进行：工作流DAG结构分割、分割结构调整及资源分配。工作流DAG结构分割阶段在确保任务间执行顺序依赖的同时求解初始的任务分割图;分割结构调整阶段以降低执行跨度为目标,在不同分割间对任务进行重分配;资源分配阶段旨在选择代价最高效的任务与资源映射关系,确保资源的总空闲时间最小。利用五种科学工作流DAG模型对算法进行了仿真实验。结果表明。PBWS算法仅以较小的执行跨度为开销,极大降低了工作流执行代价,实现了调度效率与调度代价的同步优化,其综合性能是优于同类型算法的。