RCC高速缓存一致性协议的带参验证

Godson-T众核处理器的RCC高速缓存一致性协议是一种非常有特色的带参并发系统,对此协议的带参验证是一个很大的挑战。 Cubicle是最近出现的基于SMT求解器的带参模型检测工具。我们使用了Cubicle带参模型检测工具,成功对RCC协议进行了建模和验证。实验结果表明, RCC协议在结点个数为任意规模时均满足协议的各种安全性质。     

一种基于共享转发态的多级缓存一致性协议

在CC-NUMA架构系统中,为了减少缓存一致性维护的开销,大规模CC-NUMA系统通常采用多级缓存一致性域设计,降低平均一致性维护操作数量,从而有效缓解系统性能扩展与一致性维护开销的矛盾.传统的MESI,MESIF,MOESI协议主要是针对单级一致性域优化设计,并且没有考虑到大型数据库应用中查询(数据读访问)业务量占据主导地位的特点,故该类一致性协议在多级缓存一致性域场景下存在着跨域操作频度高、执行效率低等缺点.针对上述问题,提出了一种基于共享转发态的多级缓存一致性协议MESI-SF.该协议创建了一个共享转发态Share-F,允许多个一致性域内同时存在远端数据副本的可读可转发状态,从而能够为同一域内同地址的读请求直接提供共享数据,有效减少了跨域操作,提升系统性能.SPLASH-2程序集模拟结果表明,对于两级Cache一致性域系统,相比MESI协议,MESI-SF能够减少23.0%跨结点访问次数,指令平均执行周期数(cycles per instruction, CPI)降低7.5%;相比MESIF协议,MESI-SF能够减少12.2%跨结点访问次数,指令平均执行周期数降低5.95%.     

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．     

基于流分析与归纳不变式结合的German协议验证

German缓存一致性协议是用于共享内存的并发多处理器系统中的缓存一致性协议,对German协议进行形式化验证一直是学术界和工业界的热点.我们生成German协议的流图,对流程图的各个步骤进行详细的描述,并提出了流分析与归纳不变式结合对协议验证的方法,通过辅助不变式与协议流图的对应关系,从而进一步分析和验证German协议的正确性.     

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.     

片上多核处理器存储一致性验证

存储一致性验证是片上多核处理器功能验证的重要部分.由于验证并行程序的执行结果是否符合存储一致性模型理论上是NP难问题,现有的验证方法中只能采用一些时间复杂度大于O(n3)的不完全方法.发现在支持写原子性的多处理器系统中,两条执行时间不重叠的操作之间存在确定的时间序.通过引入时间序的概念,设计并实现了一种线性时间复杂度的存储一致性验证工具LCHECK.LCHECK利用时间序将验证局部化,使得在表示程序执行结果的有向图中,序关系边的推导和正确性检测都被限定在有限范围内.与现有其他方法相比,LCHECK时间复杂度低,对程序长度和访存地址数没有限制,因此验证效率更高.作为国产片上多核处理器龙芯3号的重要验证工具, LCHECK发现了一些存储系统的设计错误.     

面向多核处理器的可配置缓存一致性协议设计与实现

多核处理器需要维护缓存的一致性问题.基于目录的一致性协议具有较好的扩展性、较低的延迟,应用较多.分布式目录访问带宽高、目录查询速度快、物理实现灵活.分布式目录一致性协议设计复杂度高,验证困难,为了降低自主CPU研发和产业化的风险,提出了一种面向多核处理器的可配置分布式目录控制单元(configurable distribute directory unit, CDDU),通过微操作机制,实现动态配置缓存一致性协议.该设计增加了多核系统缓存一致性协议的灵活性与容错性,可以实现协议状态转换和协议流程的配置,能够解决由于一致性协议设计缺陷导致的功能故障,可以防止一致性协议设计不足引起的死锁.测试结果表明：设计方案展现了良好的可配置性、可扩展性,避免了死锁产生,代价是少量的性能损耗以及面积开销.主要思想在自主飞腾64核处理器中进行了实现,为确保处理器的协议正确性发挥了重要作用,同时在该芯片的多路扩展实现过程中提高了协议的鲁棒性,消除了潜在的死锁.     

基于不变量探测的JUnit测试用例自动生成的实现

实现了一种在动态不变量探测工具Daikon帮助下，为Java类自动生成JUnit测试用例的方法。它以待测代码以及少量使该待测代码正确运行的代码为输入，以Daikon导出的程序运行模型为基础，全自动地生成了包含测试断言的JUnit测试用例。该方法主要解决了传统方法在生成单元测试用例时无法自动插入测试断言的不足。     

基于协议的实时构件行为一致性验证

对复杂实时构件系统行为进行形式化描述和一致性验证,可以提高实时构件的可复用性和系统的正确性、可靠性。分析了时间行为协议TBP(Timed Behavior Protocol)及其它学术界和工业界常用的时序行为形式化描述方法,对实时构件替换理论进行了讨论,给出了基于时间行为协议的构件一致性验证算法并对其进行了分析。     

基于Simics的分布式一致性协议仿真

用于多种计算机系统和指令系统仿真的Virtutech Simics只提供一个简单的顺序扁平侦听式高速缓存一致性（Snoo-ping Cache Coherence Protocol）模型支持MESI协议,从而制约了可仿真的并行处理器个数。以下将基于目录的分布式高速缓存一致性协议（Distributed Directory-based Cache Coherence Protocol）模型应用于Simics中并给出基于Simics的分布式一致性协议的仿真结果。这一结果证实分布式协议能降低事件总数,减少网络中的事件。本文提出一个简单的基于目录的分布式高速缓存一致性协议,从而解决制约Simics的可扩放性问题。     

一种基于广播的cache一致性协议的设计和验证

在全互联的网络结构下,提出了一种基于广播的cache一致性协议的详细设计,使请求传输不再像目录协议中的那样,经过第三方中转,而是直接发给所有节点,由最新拥有副本者给出响应。对协议进行了分析证明,并建立了模型,通过模型检测工具NuSMV验证了协议的正确性。     

Index-Based Cache Coherence Protocol

A multiprocessor envirorLment may encounter many problems such as deadlock, load balancing and cache coherence. However, the latter is considered the most dangerous if not properly designed, the system works naturally but generates inaccurate results. This occurs if obsolete versions of a memory block are used. Users may not be aware of the presence of such problem. Two main approaches are known to maintain data consistency： namely, snoopy and directory-based protocols. Each approach has its advantages and limitations. This paper proposes a new technique that considers both previously mentioned approaches. The network architecture is slightly updated by adding an index table to each processor. The proposed protocol is expected to reduce the access time, decrease the number of accesses to main memory, maintain data consistency, and assure the usage of the most recent value of a shared variable.     

多路系统Cache一致性验证中的错误追踪定位技术

以某国产多路系统的验证为例,基于事务级验证TBV技术,提出并实现了一种可以应用于模拟验证的自动错误追踪定位技术,通过在验证环境中对处理器的特定功能流程、相关各种请求响应、访存地址和数据流等信息进行事务级建模,记录并生成了验证环境运行产生的事务级信息库,基于上述信息实现了错误的自动追踪定位,显著缩短了错误定位时间,提升了多路系统模拟验证的查错效率。同时,基于事务级的模型,也使得验证人员可以在比设计部件更高的层次描述复杂流程的Cache一致性覆盖点,这种事务级维度的覆盖率描述弥补了原有代码覆盖率和功能覆盖率局限于模块和部件级的不足,是对全面性和充分性验证的有益补充。     

并行文件系统中Disk Cache一致性协议及其性能分析

本文在并行文件系统中引入ｄｉｓｋｃａｃｈｅ多复本技术，从而为并行计算机提供高性能的文件系统．对于ｄｉｓｋｃａｃｈｅ多复本间数据一致性维护，本文提出了“主从式”和“对称式”两类方法，并从其应用的通用性角度，基于等概率模型，对各类方法以及ｄｉｓｋｃａｃｈｅ单复本系统进行了性能分析和比较．     

基于总线侦听Cache一致性协议算法与实现

以共享总线的多处理机系统为例,本文介绍了在共享总线系统中用于解决Cache问题的侦听总线一致性协议,并基于总线侦听Cache一致性协议的优点和协议区分状态的原因,给出了一个评价协议好坏的角度:总线的流量和存储器访问的有效时间,最后给出了基于总线侦听Cache一致性协议算法与实现.