基于存取模式的Cache预取自适应策略研究

不同的Cache预取策略适用于不同的存取模式。本文介绍了存储系统Cache预取技术的研究现状，从分析存取模式出发，构造了存取模式三元组模型，并在磁盘阵列上测试了适 用于复杂环境下的Cache预取自适应策略，结果证明，自适应策略能够在不同环境上获得磁盘阵列的最优性能。     

简单访问模式下假共享Cache行抖动的消除

在采用ｌｏｃａｌ ｃａｃｈｅ，ｗｒｉｔｅ－ｉｎｖａｌ：ｄａｔｅ ｃａｃｈｅ一致性协议的多级存储并行处理系统中，一个经常出现的现象就是真假共享所引起的Ｃａｃｈｅ行抖动，由于这种数据在不同处理机的Ｃａｃｈｅ间来回移动的现象严重地影响了并行机性能的发挥，它已受到计算机界广泛的关注，如何使这一问题得到简单而有效的解决已成为多级存储并行处理系统研究的一个关键，为了消除真共享引起的抖动现象，我们已经提出了一套     

光盘镜像服务器的Cache技术研究与实现

本文提出了一种基于光盘镜像服务器系统的两级Cache结构,即在客户端建立一个小的Cache,通过预取机制增大一次请求的规模;同时,在服务器端设计一个大的Cache,加快数据请求的响应速度。实验证明,两级Cache结构大大提高了光盘镜像服务器系统的数据传输率。     

高性能微处理器中采用多种预取技术的指令Cache设计

本文分析了传统的指令预取技术,并结合显性指令并行计算(EPIC)体系结构,研究了基于编译器与处理器通信的新的指令预取技术,提出了一种支持多种预取技术的L1指令Cache设计方案。     

多核多线程处理器二级Cache预取结构的设计

合理的设计二级Cache是有效地减少多核多线程处理器存储器访问延迟的方法。针对现有的多核多线程处理器,讨论了二级Cache的混合预取结构设计方案。通过详细设计和仿真分析,结果表明混合预取结构可有效提高处理器的整体性能。特别是采用不命中混合预取结构的二级Cache性能更佳,适合满足此类结构的多核多线程处理器需求。     

一种虚拟的非易失性层次Cache的设计和实现

为解决磁盘存储中的小写问题,本文研究了一种新的层次Cache结构。这种层次Cache使用虚存页面文件和部分系统RAM组成二级Cache结构,能很好地利用磁盘访问在大／小写以及随机／顺序访问时的巨大性能差异。经过Ntiogen和Mailbench基准测试程序测试表明,这种层次Cache可以提升I／O子系统处理突发密集小写的性能。     

基于Cache内容价值的调度算法研究

现有Web代理Cache调度机制主要是基于传统的数据处理算法,为加快网络对用户请求的响应速度,文章提出了一种新的基于用户代理Cache内容和其内容的语义信息作为基础的层次数据模型,基于这种模型设计并实现了基于内容识别的Web代理Cache调度算法-CAOA算法,并通过实验对算法性能进行了验证。     

基于协作缓存的VOD服务器端Cache设计

近年来,随着计算机网络技术和多媒体技术的发展,视频点播服务已逐渐成为现实。分布式VOD(VideoOnDemand)服务器系统的提出是为了支持更多的大量并发数据流,和单一服务器相比,这样的结构拥有更好的使用效率、可靠性和可扩展性。协作缓存CC(cooperativecache)技术将各服务器的内存协调工作,形成全局的cache。这样的结构不仅充分发挥了分布式VOD服务器结构的特点,同时也增大cache容量,提高系统全局命中率,从而提高了系统效率。该文在协作缓存技术基础上,针对流媒体和VOD系统的特点,提出了GBBcache替换算法。该算法以数据块的生命周期作为出发点,充分考虑了现有用户和请求接入用户的服务需求,提高了内存使用效率。笔者对该算法进行了理论分析,并证明了它在性能上与传统的cache替换算法相比的优越性。     

基于差分编码和压缩的SOAP优化

针对SOAP在序列化和反序列化过程中效率低及消息自身的冗余问题,提出在．NET框架下使用SOAP扩展以优化SOAP消息。对于SOAP请求消息,采用增加消息模版的方式实现差分编码,对于SOAP响应消息,根据消息的长短分别采用压缩或差分的方法来优化,减少带宽占用,使Web服务得到优化。     

一种基于Cache机制的嵌入式Flash控制器设计

嵌入式Flash(e Flash)在SoC中的运用日益广泛,而Flash较慢的读取速度与处理器高频取指之间的矛盾愈发突出。针对该问题,在Flash控制器中引入Cache机制,并运用组相联映射、优化的最近最少使用LRU(Least Recently Used)替换算法、流水预填充结构对Cache进行多方面优化。与未加入Cache机制的Flash控制器相比,加入Cache机制的Flash控制器可使处理器取指时间节省38%。     

基于修正LRU的压缩Cache替换策略

以优化压缩cache的替换策略为目标,提出一种优化的基于修正LRU的压缩cache替换策略MLRU-C。MLRU-C策略能利用压缩cache中额外的tag资源,形成影子tag机制来探测并修正LRU替换策略的错误替换决策,从而优化压缩cache替换策略的性能。实验结果表明,与传统LRU替换策略相比,MLRU-C平均能降低L2压缩cache失效率12.3%。     

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%。     

一种基于压缩前缀树的频繁模式挖掘算法

针对FP-growth算法存在动态维护复杂、在挖掘过程中需要递归地创建大量的条件频繁模式树,导致时空效率不高等不足,本算法在压缩前缀树的基础上,通过调整树中节点信息和节点链,采用深度优先的策略挖掘频繁模式,无需任何附加的数据结构,极大地减少了系统资源的消耗,减少树的规模和遍历次数,挖掘效率大大提高。     

基于AOP的智能Web缓存框架

通过引入面向方面编程技术,提出一种新的智能Web缓存框架。描述该框架的组成结构与工作原理,对缓存设计时需要解决的透明性、一致性、替换算法和预取策略等主要问题进行讨论并给出性能测试和分析。实验结果表明,该缓存框架可较大程度提高Web应用系统的性能。     

基于压缩感知理论的图像压缩初步研究

在传统的压缩编码技术中,采样均遵循奈奎斯特定律,该定律规定采样速率要高于原信号频率的两倍。针对这一方法无法克服的巨大计算量及资源浪费,将最近提出的压缩感知理论用于图像压缩编码,可大大降低采样速率,该文着重讨论了基于压缩感知理论的图像压缩算法,仿真实验证明了这一算法的可行性。     

一种基于自更新的简单高效Cache一致性协议

随着片上多处理器系统核数的增加,当前一致性协议上存在的许多问题使共享存储系统复杂而低效.目前一些一致性协议极其复杂,例如MESI(modified exclusive shared or invalid)协议,存在众多的中间状态和竞争.并且这些协议还会导致额外失效通信,以及大量记录共享信息的目录存储开销(目录协议)或广播消息的网络开销(监听协议).对数据无竞争的程序实现了一种简单高效一致性协议VISU(valid/invalid states based on self-updating),这种协议基于自更新操作(self-updating)、只包含2个稳定状态(valid/invalid).所设计的两状态VISU协议消除了目录和间接事务.首先基于并行编程的数据无竞争(data race free, DRF)模型,采用在同步点进行自更新共享数据来保证正确性.其次利用动态识别私有和共享数据的技术,提出了对私有数据进行写回、对共享数据进行写直达的方案.对于私有数据,简单的写回策略能够简化不必要的片上通信.在L1 cache中,对于共享数据的写直达方式能确保LLC(last level cache)中数据最新从而消除了几乎所有的一致性状态.实现的VISU协议开销低、不需要目录、没有间接传输和众多的一致性状态,且更加容易验证,同时获得了与MESI目录协议几乎相当甚至更优的性能.     

一种基于自适应缓存机制的报文分类算法

提出了一种高效、适用性好、易于实现的报文分类算法CSAC（classification on self-adaptive cache）．该算法通过缓存属性子空间内报文集合的分类查询路径,将查询结果复用于同一子空间后续报文的分类．而缓存命中失效时也不必从头开始查询,减少了失效的时间开销．根据通信流量上下文变化对缓存运行状态造成的影响,算法采用自适应缓存机制,通过动态调整缓存的粒度、结构和缓存项在散列桶中的位置,有效地保证了缓存命中率．此外,算法不需要预处理过程,支持多维复杂规则（如4～7层属性、逻辑匹配操作等）和规则增量更新,比较适合于网络边界安全、用户流量审计和负载均衡等报文分类比较复杂的应用．采用CSAC算法开发的高端防火墙和入侵检测设备在实际网络环境中的性能良好．     

基于指令流访存模式预测的缓存替换策略

传统的缓存替换策略主要基于经验主义,近年来研究者们使用预测技术推测访存行为,提高缓存替换的准确性,预测技术的应用是当前缓存替换策略研究的热点.由于访存行为自身的复杂性,直接在缓存系统中预测访存行为是困难的,要面对很大的不确定性.当前已有的研究为了解决该问题,使用越来越复杂的预测算法来分析访存行为之间的关联.然而这种方式并未真正减小不确定性,同时现有的缓存替换策略很难避免乱序执行和缓存预取对访存行为分析过程的干扰.为了解决以上问题,提出了一种新的预测缓存访问序列的方法IFAPP(instruction flow access pattern prediction),根据分支预测技术推测程序指令流,定位指令流中的访存指令,进而对其中访存指令的行为逐一进行预测.通过访存序列计算每个替换候选项的重用距离,将重用距离最远的候选项踢出.该方法可以避免乱序执行和缓存预取的干扰,预测对象是行为简单的独立访存指令,减少预测过程中所面对的不确定性.实验结果表明,该算法在一级数据缓存上比LRU算法平均减少3.2%的缓存缺失.相比经典的基于缓存预测的BRRIP和BIP算法,该算法在一级数据缓存上分别减少12.3%和14.4%的缓存缺失.     

基于缓存价值的命名数据网络缓存优化策略

为了解决当前命名数据网络（Named Data Network）中的传统缓存决定策略如LCE (Leave Copy Everywhere)、LCD (Leave Copy Down)、Prob (Copy with Probability)中存在的由于路由器缓存利用不合理导致的路由器缓存命中率过低,及满足用户请求所需跳数过多导致的时延过大等问题,提出一种基于缓存价值的缓存策略。该策略结合兴趣包路由跳数与所请求数据包大小,以及兴趣包所经过路由节点缓存情况,计算数据包缓存价值,由此将数据包缓存在合适的节点,以提高缓存命中率。在此基础上考虑下游节点的过滤效应,提出相对于传统缓存替换策略LRU、LFU的基于动态缓存价值的缓存替换策略,以进一步提高缓存命中率。经过大量仿真对比实验,验证了本文提出算法的有效性及可用性。