一种针对片上众核结构共享末级缓存的改进的LFU替换算法

为了得到更高的吞吐率和性能功耗比,众核处理器摒弃了复杂的乱序处理器核,而在芯片内集成了大量的轻量级顺序处理器核。为了更好地支持核间数据共享,并减少访问片外存储器带来的开销,众核处理器往往采用共享的末级缓存LLC(Last LevelCache)。因为需要对为数众多相对独立的访问请求作出响应,因此相对于传统多核处理器的末级片内缓存,众核处理器的末级片内缓存更容易产生抖动现象。传统的最久未使用LRU(Least Recent Used)高速缓存替换策略在这种情况下往往无能为力,而几种最新提出的高速缓存替换策略也见效甚微。基于传统的最不经常使用LFU(Least Frequent Used)替换算法,提出一种改进的高速缓存替换算法。相对于LFU替换算法,该算法获取信息的粒度更粗,并且可以掌握更加全局的信息,而这些优势使得该算法更适合作为众核处理器末级片内缓存的替换算法。实验结果表明,在一个64核的众核处理器上,该替换算法可以有效地缓解末级片内缓存的抖动现象,同时该算法实现需要的硬件开销很小。     

片上多核处理器Cache一致性协议优化研究综述

现代晶体管技术在单芯片上集成多个处理器已经成为现实.近年来,随着多核处理器集成核数的不断增加,高速缓存的一致性问题凸显出来,已成为多核处理器的性能瓶颈之一,亟待解决.本文介绍了片上多核处理器一致性问题的由来.总结了多核时代高速缓存一致性协议设计的关键问题,综述了近年来学术界对一致性的研究.从程序访存行为模式、目录组织结构、一致性粒度、一致性协议流量、目录协议的可扩展性等方面,阐述了近年来缓存一致性协议性能优化的方向.对目前片上多核处理器缓存一致性协议设计中存在的问题进行了讨论,并指出了未来进一步研究的方向.     

一种阵列众核处理器的多级指令缓存结构

阵列众核处理器由于其较高的计算性能和能效比已经被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。通常的阵列处理器中,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。在阵列众核处理器中,在单核心中引入硬件同时多线程技术,针对实验中一级指令缓存命中率随着线程数增加而显著降低的问题,提出了一种面向阵列众核处理器的冗余指令缓存存储结构,基于该结构,提出采用FIFO及类LRU替换策略。通过上述优化的高速缓存结构设计,经实验模拟,双线程整体指令Cache失效率降低了25.2%,整体CPI性能提升了30.2%。     

一种高效、可扩展细粒度缓存管理混合存储研究

混合主存储器由DRAM构成,它可用作cache来扩展非易失性存储器,相比传统的主存储器能够提供更大的存储能力。不过,要使混合存储器具有高性能和可扩展性,一个关键的挑战在于需要对缓存在DRAM中的数据的元数据(如标签)以一个细粒度的方式进行有效管理。基于这样的观察:利用DRAM缓存行的局部性,将元数据与元数据对应的数据存储在片外缓存中相同的行,使用一个小的缓冲区来只缓存最近被访问的片内缓存行,以降低细粒度DRAM缓存的开销。利用这种细粒度的DRAM高速缓存的灵活性和效率,还开发了一种自适应的策略来选择在数据迁移到DRAM时最佳的迁移粒度。在搭配了512MB的DRAM缓存的混合型存储系统中,建议使用8kB的片上缓存,这样,相比一个传统的8MB的SRAM元数据存储,即使没有考虑大的SRAM元数据存储的能源开销,也可以提升6%以内的性能,以及18%的能效节约。     

众核体系结构对Cilk语言的硬件支持及评测研究

如何编程众核体系结构是当前一个亟待解决的问题.研究可扩展的硬件机制支持Cilk编程模型的目的是在良好的编程性和可扩展硬件实现之间达到平衡.Cilk语言是C的精简扩展,程序员编写Cilk程序时和串行编程近似,且不需关心调度、负载均衡和局部性等系统底层相关的问题.文中以域一致性存储模型为基础,主要工作包括两方面:首先针对域一致性模型编程性不好的缺点提出一种以数据为中心维护高速缓存一致性的方法;其次提出实现DAG Consistency的缓存一致性协议,并在此基础上支持Cilk编程模型.实验结果表明,当处理器核数目较少(<16)时所有测试程序都能获得比较好的性能加速,并且指出了众核情况下(>16)难以获得理想加速效果的两个根本原因:静态路由导致片上网络带宽利用不均衡以及有限的访存带宽.     

Godson-T缓存一致性协议的Murphi建模和验证

Godson-T缓存一致性协议是用于Godson-T众核处理器的缓存一致性协议．在Godson-T协议中,缓存一致性协议和存储一致性模型存在紧密的紧耦合关系,分析协议的一致性时发现该协议满足的缓存一致性不是强一致性,不满足传统意义上缓存透明的一致性要求．我们选取了Murphi模型检测工具作为我们建模的语言和验证工具．在对Godson-T缓存一致性协议建模的时候,由于协议的上述特点,我们需要对处理器核结点,高速缓存和内存作为一个整体建模,并成功地验证了协议的相关性质．     

硬件结构支持的基于同步的高速缓存一致性协议

共享存储系统中如何高效地实现高速缓存一致性是体系结构设计面临的一个关键问题和难点问题.已有的基于目录的协议存在难于实现、验证复杂和存储空间开销大等问题.面向片上众核处理器,文中提出一种由硬件结构支持、基于同步的高速缓存一致性协议.该方案不使用目录,而是通过使用bloom-filter表示一致性信息,并在并行程序中的同步点维护高速缓存一致性.与现有的基于目录的高速缓存一致性协议相比,该方案可以降低目录协议的实现、验证复杂度.用SPLASH一2测试程序集评估表明,基于同步的协议可以获得与基于目录的协议相当的性能.     

磁盘驱动程序预写

较好地利用内存作为缓存，并优化磁盘设备的请求处理，是缓解系统I／O瓶颈的有效途径。提出一种驱动程序预写的方法来处理内存缓存中脏数据写回磁盘的方法，其基本思想是：通过将文件系统高速缓存中的脏数据写盘操作由磁盘设备驱动程序发起，磁盘可以在恰当的时间（设备空闲）或者恰当的位置（减少寻遣和设备旋转）完成写请求，减少缓存flush操作对当前应用的影响。模拟试验表明，谊方法能提高磁盘写操作的效率、系统数据的可靠性和系统的I／O性能。     

基于语义缓存的粒度自适应一致性维护策略

对象/关系映射常使用缓存来提升处理性能,缓存中数据与服务器数据的一致性维护是影响系统可靠性的关键问题。提出由中间层发起一致性维护的策略。该策略结合数据存储粒度、数据更新频率及更新数据量大小等因素,分别采用TTL及按需请求方式来进行一致性维护,保持缓存数据与服务器数据一致。实验结果表明,该策略能有效减少网络数据传输的开销,降低网络负载,并保证数据的有效性。     

分类的缓存数据延迟写技术

根据缓存数据在缓冲区的活动性不同而设计和实现了一个分类的延迟写（Write behind）技术,通过将不同活动性的数据分类缓存，并延迟刷新到磁盘来减少、合并写磁盘的次数，从而改进文件系统的写性能．初步的实现结果表明，分类的缓存延迟写技术比LRU的缓存策略有更短的系统响应时间，写文件的反馈时间减少了11．3％，并且使用RWB策略的缓存命中率比使用LRU策略高．     

RAID中Cache的设计与实现

在RAID（廉价冗余磁盘阵列）系统的开发中,Cache的设计是重要一环,它的效率直接影响到了RAID系统的性能,本文首先介绍了Cache的原理和常用的一些技术,并比较了它们的优缺点,然后针对RAID系统的实际情况,介绍了RAID中Cache的设计和实现。     

一种基于HBase的数据持久性和可用性研究

HBase（HadoopDataBase）是ApacheHadoop项目下的一款非关系型数据库,它是一个基于列簇的开源数据存储系统,关于HBase的研究和应用越来越受到关注．由于HBase会在内存缓存数据后写文件系统,所以缓存的大小成为影响系统性能的一个重要因素．本文提出一种基于备份日志的持久性、可用性方案RemoteLogProcess,使得HBase能够在不同的缓存规模获得更好的写性能．实验证明,在保证数据的持久性和可用性前提下,RLP能够在不同的缓存大小下获得稳定的性能,并且在缓存不超过默认设置时明显提高写操作时间性能．     

基于DSP的内嵌PCI设备WDM驱动程序开发

采用内嵌PCI的DSP主芯片可以简化设备PCI接口的软硬件复杂度,缩短系统开发的周期,降低开发成本。本文以工程项目为背景,详细讨论了以TMS320C6205为核心的内嵌PCI设备WDM驱动程序开发方法。该方法在实际中得到了很好的应用,满足了总体技术指标。     

A high-performance and endurable SSD cache for parity-based RAID

Solid-state drives (SSDs) have been widely used as caching tier for disk-based RAID systems to speed up dataintensive applications. However, traditional cache schemes fail to effectively boost the parity-based RAID storage systems (e.g., RAID-5/6), which have poor random write performance due to the small-write problem. What’s worse, intensive cache writes can wear out the SSD quickly, which causes performance degradation and cost increment. In this article, we present the design and implementation of KDD, an efficient SSD-based caching system which Keeps Data and Deltas in SSD. When write requests hit in the cache, KDD dispatches the data to the RAID storage without updating the parity blocks to mitigate the small write penalty, and compactly stores the compressed deltas in SSD to reduce the cache write traffic while guaranteeing reliability in case of disk failures. In addition, KDD organizes the metadata partition on SSD as a circular log to make the cache persistent with low overhead.We evaluate the performance of KDD via both simulations and prototype implementations. Experimental results show that KDD effectively reduces the small write penalty while extending the lifetime of the SSD-based cache by up to 6.85 times.     

几种车牌字符识别算法的比较

牌照自动识别系统是现代社会智能交通系统的重要组成部分,是图像处理和模式识别技术研究的热点,应用也越来越普遍。本文就几种主要的字符识别方法进行研究及比较。     

消费级混合式固态存储分析与研究

混合式固态存储已成为当前消费级终端领域的主流存储设备。然而在学术领域,关于混合式固态存储设计和问题的讨论与分析仍不够充分。该文针对现有的混合式存储设备,结合相关领域前沿研究,从混合式闪存架构介绍、亟待解决的痛点问题和相关研究进展 3 个方面进行讨论和分析。文章介绍和分析了混合式闪存的主流架构及其特点,展示了在真实设备平台上测试的实验数据结果,揭露了混合式闪存中亟待解决的问题,重点介绍了读特征、写特征、读写冲突和容量特征相关问题。同时 介绍了相应问题的最新研究进展,并分析了各个技术的优劣和未来的发展方向。     

基于78E516的智能手写通信仪设计

介绍了一种基于华邦单片机78E516的手写通信设备的设计.手写板作为输入设备,液晶屏作为输出设备.详细地介绍了其硬件组成和工作原理,同时也分析了软件组成.     

基于一个有趣存储问题的研究分析

存储器是计算机的核心,围绕"向MP3播放器存储了100MB歌曲后质量是否变重"这一问题,延伸分析比较了各类存储介质及其存储原理,对上世纪四十年代以来的存储介质进行了深入的研究,得到了解决质量问题的全面回答。对存储的新技术也作了展望。     

基于读写特征的总线分布式同步算法

为了解决分布式系统在总线网络中的读写同步问题,提出了基于读写特征的同步算法。该算法通过区分读写特征提高算法的并发度;通过哈希运算将分布式同步问题转化为单节点同步问题,提高了算法的性能,减少了所需的消息数;通过消息转发等方式,缩短了算法的响应延迟。性能分析和仿真试验表明,该算法有较低的消息复杂度和时间复杂度。