PRCD技术及其软件实现

介绍了一种新的磁盘存储体系结构PRCD（prefetching RAM caching disk,预取主存缓冲磁盘技术）。该技术通过收集小写转换成为一次大写请求提高系统的写性能，并采用数据块预取技术大大提高系统的读性能。还介绍了基于Windows NT平台的PRCD的软件实现方法。     

Linux预取算法分析与研究

LinuX作为一个多任务、分时、通用的开源操作系统,越来越广泛地应用于各种商业和企业的服务器。为了提高系统的性能,LinuX采用预取技术将应用程序所需的数据提前加载到缓存中,减少应用程序的I／O等待时间。然而由于服务器系统负载的多样化,导致了预取算法遇到越来越多的挑战。该文主要从分析Linux-2．6．29张涛rc2内核源代码人手,对Linux预取算法的体系结构与内部机制进行了深入分析与研究,并提出了一些改进预取算法的方法．对于进一步提高Linux系统服务器的性能以及LinuX的推广与使用具有重要的意义。     

动态二进制翻译中数据预取优化研究*

动态优化是动态二进制翻译研究中一个十分重要的课题,数据预取优化能提高现代处理器体系结构应用程序性能。基于超级块(Superblock)的动态数据预取优化采用软件插桩方式收集应用程序的load访存延迟信息并构造Superblock;然后根据延迟信息以及Superblock数据流分析得出的寄存器定值引用关系,对延迟load指令进行预取优化。通过在龙芯DigitalBridge动态二进制翻译系统上实验验证,数据预取优化可以提高翻译后SPEC2000浮点测试程序代码的平均性能3.3%,开销远小于0.5%。     

支持软件按需流式加载的预取机制

近年来,随着SaaS技术的发展,软件的网络化、服务化访问成为一种新的使用模式.软件的按需动态部署是实现上述模式的重要基础.为了支持软件的按需动态部署,需要能够在执行环境支持软件的流式加载运行.而在软件按需流式加载的执行过程中,程序会因为请求缺失的数据块被阻塞直至数据块被下载过来,从而极大地影响执行性能与用户体验.针对流式加载中的性能问题,提出一种基于N-Gram预测模型和增量数据挖掘技术的预取机制,该预取机制可用于支持软件流式加载执行.预取机制通过收集用户使用软件所产生的历史访问日志,进行数据挖掘分析,来动态更新、完善预取规则,然后根据最合理的预取规则进行软件预取.该预取机制可同时支持基于文件级别和软件块级别的预取.实验结果表明,对于各类软件,该可预取的文件系统能够将软件启动加载时间减少10%～50%,而预取命中卒达到了81%～97%.     

预取机制在WebGIS中的应用

在当前网络地理信息系统(以下简称WebGIS)中,空间数据等大型数据在用户访问请求下,从远程服务器端向客户端传输时,往往引起传输延迟,延长了响应请求的时间,降低了效率.预取本来是用在操作系统中提高高速缓存存储器(Cache)性能的一种技术,但在WebGIS中,采用适当的预取机制可以减少用户在浏览器端的等待时间,提高客户端的工作效率.本文分析了几种预取机制,并根据GIS空间对象的特点,对预取机制在WebGIS上的应用作了讨论,以期提高WebGIS的性能.     

Pentium4处理器的内存层次分析

处理器存储系统的效率对其整体性能有着十分重要的作用.文中介绍了P4处理器内存的体系结构,它包括一级数据Cache、二级Cache、Trace Cache;各部分完成的功能以及为提高命中率和降低存取时间,从而提高效率而采取的预取处理机制;P4处理器主要采取具有层次结构的内存设计、大容量的二级Cache和在跟踪Cache中采用预取处理机制的方法来提高Cache的命中率和降低未命中的代价来缩短处理器的访问时间,最终达到提高处理器整体性能的目的.     

片上多处理器中基于步长和指针的预取

在对大量程序访存行为进行分析的基础上,提出基于步长和指针的预取方法。能捕获规整的数据访问模式和指针访问模式。在L2cache和内存之间采用全局历史缓存实现该预取方法。全系统模拟结果表明,该预取方法对商业应用测试程序的性能平均提高14％,对科学计算测试程序的性能平均提高34．5％。     

预取技术分析

内存时延是制约现代处理器性能的主要因素之一.预取技术通过提前从内存读取将来可能使用的数据降低内存时延对处理器执行的影响,是一种被广泛应用的提升处理器性能的技术.探讨了当前主流硬件平台的预取技术,分析了现有预取技术的不足并展望了预取技术的发展趋势.     

虚拟机环境下软件按需部署中的预取机制

针对大规模虚拟机环境下软件的按需部署,提出了一种基于预取的按需软件部署优化机制,能够降低用户端虚拟机的启动延迟以及为用户提供更好的虚拟机本地运行性能.基于用户使用软件的行为特点以及虚拟磁盘映像的细粒度分割,预取机制在后台对服务器端存储的虚拟磁盘映像进行预取,通过一种基于访问频率和优先级的预取目标识别算法AFPTR(access frequency and priority-based prefetch target recognition)和一种预取量动态调节机制,将预取集中在用户使用的少数小尺寸的虚拟磁盘映像上,并在预取过程中对预取量进行动态自适应地调节,以提高虚拟磁盘访问的本地命中率,进而提高用户端虚拟机的运行性能.基于QEMU虚拟机和Linux平台,实现了基于预取的按需软件部署原型系统.实验结果表明,预取机制能够有效地降低虚拟机的启动延迟,并能提高虚拟机的本地运行性能,支持虚拟机环境下按需、快速的软件部署.     

申威处理器硬件数据预取技术的实现

硬件数据预取技术可以有效提升处理器的访存性能,是申威处理器性能优化过程中亟需突破的一项技术。硬件开销和处理器架构的制约是硬件预取技术实现中的主要难点。借鉴学术界对硬件预取技术的研究成果和工业界的应用现状,紧密结合申威处理器的结构特点,研究了申威处理器硬件预取技术的实现方法。以流预取为例,在处理器核心面积增加0.97%的情况下,硬件预取技术的应用可以将目前申威处理器的整数性能平均提升5.17%,最高提升28.88%;浮点性能平均提升6.39%,最高提升30.11%。     

移动环境下支持实时事务处理的数据预取

随着移动通信技术的迅速发展,人们提出了新的应用要求:在移动环境下处理实时事务.而移动通信带宽有限性引起较大的数据访问延迟,有时甚至由于网络传输的断接使得事务得不到所需要的数据,数据预取能够很好地解决这个问题.已有的移动环境下数据预取没有考虑到数据的流行性和事务的时间特性.该文分析影响实时事务数据预取的因素,首先考虑数据易变性、活跃性等因素,获得高价值预取数据集合;然后考虑访问预取数据的事务优先级、数据流行性等因素,构造预取数据的选择函数,通过该函数在前面选取的集合中筛选出对满足实时事务截止期更有价值的数据对象进行预取.实验表明,该数据预取策略能降低移动实时事务满足截止期的比率,更好地支持移动实时事务处理.     

广域传感器数据库中的缓存技术研究

广域传感器数据库是当前国际上备受关注的由多学科高度交叉的新兴热点研究领域。广域传感器数据库具有巨大的应用价值,应用前景十分广阔。基于缓存技术和预取技术,提出了一种缓存技术与预取技术相结合的体系结构。对体系结构中各个模块的功能和实现算法进行了详细阐述,对算法进行了复杂性和实例分析,有效地解决了广域传感器数据库系统中,低频结点数据进入缓存替换出高频结点数据所造成的缓存命中率低和系统资源浪费问题。     

一种智能终端数据共享中的预取缓存技术

针对智能终端数据共享中的网络延迟问题,本文提出一种两阶段,主动预取与被动预取相结合的数据预取缓存方法,减少网络延迟,提高用户体验。该方法利用网络空闲时间预取数据,减少用户等待时间;通过两阶段预取策略减少网络带宽消耗;通过主被动配合的预取算法来预取数据,提高预取准确率和预取效率;通过一种权重更新函数来更新客户端的缓存,减少对智能终端存储空间的消耗。实验表明使用此方法能减少用户等待时间58.2%,预取命中率为92%,带来的带宽损耗小于5%。     

基于申威GCC编译器的间接预取算法

对间接存储器的访问延迟往往会影响应用程序的执行性能, 一种有效的解决方案是使用预取技术. 国产申威平台中支持常规访问模式的软件预取和硬件预取机制, 但是其GCC编译器中缺少为间接存储器访问模式自动插入预取的方法. 为了解决这个问题, 基于申威GCC开发了一个完整间接预取优化遍, 它利用深度优先搜索算法查找引用循环归纳变量的间接内存引用并为之生成合适的软件预取. 在一组内存受限的基准测试中, 自动预取遍对SW1621处理器的平均加速比达到1.16倍.     

一种自适应的数据预取与缓冲算法

在海量数据中进行的直接查找往往耗时巨大,在实际应用中很难满足实时性的需求,因此采用数据预取和缓冲技术实现对查找操作的优化成为实际系统中的重要环节。自适应的数据预取和缓冲算法是通过使用人工智能中的技术来分析用户的查询习惯,从而实现动态的预取策略并对预取的数据进行缓冲,以达到提高查询速度的目的。文章根据不同的数据查询需求提出了两类智能算法以适应不同的应用场合。在实验中分别针对单个用户的历史查询应用和多用户的并发查询应用分别进行了分析,证明了这两类智能算法分别对不同的应用场合拥有较好的性能。     

面向链式数据结构的间隔预取策略

由于链式数据结构的存储缺乏空间局部性,导致程序执行过程中对链式数据的访问会发生严重的Cache缺失行为。通过对面向链式结构的线程预取性能分析,研究链式数据结构程序热点循环的计算任务量与访存任务量比例特征对线程预取性能的影响。结合多核处理器平台特点,实现了一种适用于链式数据结构的帮助线程间隔预取方法。实验结果进一步验证了计算任务量与访存任务量比例特征对间隔预取性能的影响,表明间隔预取相比于传统线程预取技术有明显的性能优势。     

多线程环境下基于多预取点的文件预取

为解决当前Linux内核的预取算法在多线程情况下出现预取误判的问题,依据多线程环境下进程对磁盘文件的访问特点,提出一种基于多预取点的预取算法。在Linux内核原有的预取算法的基础上,结合多线程环境下应用程序对数据的访问模式,在Linux内核的页面缓存层进行了实现。实验和分析表明,在IOzone单线程测试中,该算法和Linux内核原预取算法性能相当;在多线程测试中,读取相同大小的文件,耗时比Linux内核原预取算法至少少1/3。新算法对于提高I/O并行度,从而提高整个计算机系统并行化很有帮助。     

基于RAID的适度贪婪并行预取技术

Prefetching(预取)技术是在计算机体系设计中为提高系统性能而通常采用的一项重要技术。在RAID(廉价冗余磁盘阵列）系统中采用有效的预取技术可以缩短主机读请求的平均响应时间，提高磁盘阵列的数据吞吐率。在分析了一些主要应用模型的数据请求特性的基础上，实现了一种适度贪婪的并行预取算法，实验证明该预取技术对主机的连续大量数据读请求是十分有效的。     

基于数据挖掘的文件元数据预取探究

在文件存储系统中,文件系统整体性能的提升对于保证文件的安全性和可靠性具有重要意义,而在此过程中,元数据访问性能与文件系统性能有密切关系,要想进一步满足大规模文件存储系统需要,就必须建立相应的文件元数据预取模型。本文通过对基于数据挖掘的文件元数据预取进行分析,以期满足文件数据的大量存取访问需求。     

基于交织预取率的帮助线程预取质量调节算法

预执行帮助线程在预取过程中需要进行动态预取调节,而传统静态枚举控制参数值的控制方法在预取执行过程中保持固定不变,从而使得该方法不能够有效的为主线程提供预取质量保证（quality of service,QoS）。针对该问题,提出了一种基于交织预取率的帮助线程预取质量参数调节方法。首先,对帮助线程的预取QoS优化进行了建模分析;其次,在前期交织预取工作的基础上,提出了基于交织预取率的帮助线程参数值调节算法;最后,在真实的商用多核平台上对所提出帮助线程预取调节算法进行了评测和分析。实验结果是所提出的帮助线程预取调节算法使得基准测试程序的几何平均性能加速比为1.114,而传统静态枚举方法的几何平均性能加速比为1.135。实验结果表明,所提出的帮助线程预取质量调节算法解决了帮助线程预取过程中的参数值自动调节问题,算法不需静态枚举参数值便可以快速获得与之相近似的预取性能提升。