片上多核处理器共享Cache划分的公平性研究

公平性是一个关键的优化问题,当系统缺乏公平时,会出现线程饿死和优先级反转等问题.以公平性优化作为研究目标,分析当前共享Cache划分公平性的评价标准,找出了其评价参数和划分策略的不足,提出了一种新的共享Cache划分方案.通过提出一个新的多线程公平性评价指标并改进了已有的公平划分策略,从而提高多线程运行的公平性.实验结果表明,该共享Cache划分方案显著提高了系统公平性,并且系统吞吐量也有提高.     

多核处理器面向低功耗的共享Cache划分方案

随着多核处理器的发展,片上Cache的容量随之增大,其功耗占整个芯片功耗的比率也越来越大。如何减少Cache的功耗,已成为当今Cache设计的一个热点。本文研究了面向低功耗的多核处理器共享Cache的划分技术(LP-CP)。文中提出了Cache划分框架,通过在处理器中加入失效率监控器来动态地收集程序的失效率,然后使用面向低功耗的共享Cache划分算法,计算性能损耗阈值范围内的共享Cache划分策略。我们在一个共享L2 Cache的双核处理器系统中,使用多道程序测试集测试了面向低功耗的Cache划分:在性能损耗阈值为1%和3%的情况中,系统的Cache关闭率分别达到了20.8%和36.9%。     

基于共享cache多核处理器的数据库内存排序优化

针对目前主流的多核处理器,提出了共享cache敏感的数据库排序多线程执行框架(sharedcache sensitive multithreaded sorting framework,SCS-MSF).首先分析了多线程QuickSort排序在共享cache多核处理器中执行时面临的性能瓶颈,在此基础上针对SCS-MSF每个处理阶段的数据访问特点,提出了各自的多线程并行执行模式,并通过各种优化策略改善线程执行时的cache性能,特别是减少多线程访问共享cache时的访问冲突问题,以提高线程的cache性能.在实验中,基于内存数据库EaseDB实现了SCS-MSF.实验结果表明SCS-MSF具有良好cache访问性能,从而提高了多线程执行的效率,而且性能稳定,数据库排序性能得到了较大提高.     

多核处理器——技术、趋势和挑战

多核处理器已经成为当前微处理器技术发展的重要方向.介绍了多核处理器的起源和发展现状,分析了多核处理器技术的发展趋势.重点讨论了多核处理器技术涉及的片上网络、存储结构设计、编程接口以及资源管理等关键技术;在此基础上,进一步探讨了多核处理器的发展所面临的主要挑战.     

面向多线程多道程序的加权共享Cache划分

并行应用在共享Cache结构的多核处理器执行时,会因为对共享Cache的冲突访问而产生性能下降和执行时间不确定的现象.共享Cache划分技术可以把共享Cache互斥地分配给多个进程使用,是解决该问题的有效方法.由于线程间的数据共享,线程数目不同的应用对共享Cache的利用率不同,但传统的以失效率最低为目标的共享Cache划分算法(例如UCP)没有区分应用线程数目的不同.文中设计了一种面向多线程多道程序的加权共享Cache划分框架(Weighted Cache Partitioning,WCP),包括面向应用的失效率监控器和加权Cache划分算法.失效率监控器以进程为单位动态监控在不同的Cache容量下应用的失效率;而加权Cache划分算法扩展了传统的失效率最优的Cache划分算法,根据应用线程数目的不同在进行Cache划分时给应用赋予不同的权值,以使具有更多线程的应用获得更多的共享Cache,从而提高系统的整体性能.实验结果表明:加权Cache划分算法虽然失效率有所增高,但却改进了IPC吞吐率、加权加速比和公平性.在由科学和工程计算应用组成的多道程序测试用例中,WCP-1的IPC吞吐率比以失效率最低为目标函数的共享Cache划分算法最高高出10.8%,平均高出5.5%.     

多核处理器技术软仿真技术研究

分析了多核处理器软件仿真技术的复杂性。通过可视化编程,随时查看各个核心内部的工作状态,可以对多核处理器的工作原理有一个清晰的了解。     

一种多线程阵列众核处理器的二级Cache划分机制

阵列众核处理器由于其较高的计算性能和能效比已经广泛应用于高性能计算领域。而要构建未来高性能计算系统处理器必须解决严峻的"访存墙"挑战以及核心协同问题。通常的阵列处理器,其核心多采用单线程结构,以减少开销,但是对访存提出了较高的要求。引入硬件同时多线程技术,针对实验中单核心多线程二级Cache利用率较低的问题,提出了一种共享二级Cache划分机制。经实验模拟,通过上述优化的共享二级Cache划分机制,二级指令Cache失效率下降18.59%,数据Cache失效率下降6.60%,整体CPI性能提升达到10.1%。     

多核处理器YHFT-QDSP的调试系统

YHFT-QDSP是一款多核处理器。为满足其并发调试和实时调试的需要,在原有单核调试系统的基础上设计实现了多核同步调试系统和片上实时追踪系统（片上Trace）。多核同步调试提供了命令广播和断点同步触发等并发程序协同调试的功能;片上Trace通过专用硬件记录程序执行路径和数据读写等信息实现非入侵实时调试。本文从原理、结构和
软硬件实现等方面介绍了该调试系统。     

异构多核处理器体系结构设计研究

多核技术成为当今处理器发展的重要方向,异构多核处理器由于可将不同类型的计算任务分配到不同类型的处理器核上并行处理,从而为不同需求的应用提供更加灵活、高效的处理机制而成为当今研究的热点.本文从体系结构的角度探讨了异构多核处理器设计中的关键点,从内核结构、互连方式、存储系统、操作系统支持、测试与验证、动态电压调节等方面分析...     

多核处理器的结构设计研究

围绕如何进行多核处理器的结构设计，提高处理器性能这一问题，结合传统多处理机设计原理对多核处理器结构设计进行了研究，并对当前主要商业多核处理器进行了研究，揭示了其发展趋势，探索了未来多核处理器设计的发展方向。     

软件DSM系统的重放

软件DSM系统的并行调试环境已经成为制约其广泛应用的一个重要因素，重放方法使得用户能用循环调试技术来调试具有执行不确定性的软件DSM程序，本文定义了软件DSM程序执行的happen-before-1关系，并依据其提出一种在软件DMS系统JIAJIA上实现重放的方法，实际应用测试表明，该方法产生很小的空间和时间开销。     

基于分布式共享存储器的并行程序设计

本文概述了分布式并行系统和分布式共享存储器的一般概念，讨论了使用共享对象和可靠广播的并行程序设计模型，最后给出了我们的改进模型。     

软件DSM系统中的动态数据竞争检测

数据竞争是共享存储程序中的一类难于调试的错误 .在支持域存储一致性模型的软件 DSM系统 JIAJIA上 ,通过采用汇编代码装配技术来获得程序所读写的共享变量集合的方法 ,实现了基于锁集合的动态数据竞争检测算法 .利用本文方法 ,在 TSP和 Barnes程序中找到了数据竞争情况 ,并根据找到的数据竞争 ,修正了 Barnes中的错误 .实际使用经验表明 ,本文方法易于用户使用 ,达到了实用水平     

基于分布/共享内存层次结构的并行程序设计

分布内存结构和共享内存结构各具特点,又有很强的互补性,分布／共享内存层次结构将两种结构相结合,以充分发挥其优势。文中主要讨论基于分布／共享内存层次结构的并行程序设计问题,介绍了MPI和OpenMP混合并行程序设计模式。     

Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory

This paper proposes dynamic cache partitioning amongst simultaneously executing processes/threads. We present a general partitioning scheme that can be applied to set-associative caches.Since memory reference characteristics of processes/threads can change over time, our method collects the cache miss characteristics of processes/threads at run-time. Also, the workload is determined at run-time by the operating system scheduler. Our scheme combines the information, and partitions the cache amongst the executing processes/threads. Partition sizes are varied dynamically to reduce the total number of misses.The partitioning scheme has been evaluated using a processor simulator modeling a two-processor CMP system. The results show that the scheme can improve the total IPC significantly over the standard least recently used (LRU) replacement policy. In a certain case, partitioning doubles the total IPC over standard LRU. Our results show that smart cache management and scheduling is essential to achieve high performance with shared cache memory.     

DSM系统中内存一致性模型的研究

文章首先回顾了分布式共享存储器（ＤＳＭ）系统中主要的内存一致性协议,重点分析了释放一致性（ＲＣ）模型。在此模型的基础上对其进行了改进,提出了基于动态减少无效副本集的ＲＣ模型。     

A Computation+Communication Load Balanced Loop Partitioning Method for Distributed Memory Systems

Due to a significant communication overhead of sending and receiving data, the loop partitioning approaches on distributed memory systems must guarantee not just the computation load balance but computation+communication load balance. The previous approaches in loop partitioning have achieved a communication-free, computation load balanced iteration space partitioning solution for a limited subset of DOALL loops. But a large category of DOALL loops inevitably result in communication and the trade-offs between computation and communication must be carefully analyzed for these loops in order to balance out the combined computation time and communication overheads. In this work, we describe a partitioning approach based on the above motivation for the general cases of DOALL loops. Our goal is to achieve a computation+communication load balanced partitioning through static data and iteration space distribution. Our approach first performs partitioning of iteration and data spaces of a loop nest by analyzing communication and parallelism; it then performs architecture-dependent analysis to adjust the granularity of partitions, load balance each partition with respect to total computation+communication, and then performs mapping of partitions onto the available number of processors. This multiphase partitioning method works as follows. First, the code partitioning phase analyzes the references in the body of the DOALL loop nest and determines a set of directions for reducing a larger degree of communication by trading a lesser degree of parallelism. The partitioning is carried out in the iteration space of the loop by cyclically following a set of direction vectors such that the data references are maximally localized and reused, eliminating a larger communication volume than parallelism. We then perform data space partitioning based on a new larger partition owns rule to minimize the communication overhead for a compute intensive partition by localizing its references relatively more than a smaller noncompute intensive partition. A partition interaction graph is then constructed which is used by the architecture-dependent analysis phase to merge the partitions to achieve granularity adjustment, computation+communication load balance, and mapping on the actual number of available processors. Relevant theory and algorithms are developed along with a performance evaluation on the Cray T3D.     

共享存储器设计方法与实践

本介绍了一种共享存储器的设计方法,并给出了根据此方法设计的ＭＣＳ５１单片机与ＰＣ机间实现共享存储器的两种电路及ＧＡＬ实现。     

可恢复的软件DSM系统JIACKPT

软件DSM(distributed shared memory)系统在机群上构造了共享存储编程环境,结合了共享存储的易编程性和机群的可扩展性,引起了广泛的研究.由于软件DSM系统是一个分布式系统,系统失败风险大,需要实现容错技术以促进其实用化.利用用户级检查点技术,在支持域存储一致模型的软件DSM系统JIAJIA的基础上,设计并实现了一个可恢复的高可移植的软件DSM系统JIACKPT(JIAjia with ChecKPoinTing).由于采用适合软件DSM系统的强全局一致状态以及多种优化措施,JIACKPT易于实现且获得很好的性能.在一个8节点的PC机群上的应用测试表明,即使每分钟做一次检查点,大部分应用的检查点开销也小于10%.此外,JIACKPT还具有高可移植性.这些都表明JIACKPT已经成为一个比较实用的系统.