高速缓存系统的组成结构和数据一致性问题的解决

高速缓存的几种组织方式及其特点。     

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。     

存储模型仿真器的设计与实现

存储一致性问题和高速缓存一致性问题是共享存储并行计算机中两个最关键的问题,通过仿真器对它们进行了量化研究,设计并实现了一个存储模型仿真器MMS．基于MMS仿真了不同并行机结构模型下多种存储一致性模型的行为;针对不同类型的计算问题比较了不同的存储一致性模型,并对实验结果进行了分析;实现了几个不同的高速缓存一致性协议,并比较了它们的性能．     

基于目录的一致性协议浅析

分布式共享存储体系结构是当今并行计算机的主要发展方向。在注重性能指标的多处理器系统中通常采用硬件手段解决高速缓存一致性问题。高速缓存的一致性设计成为共享存储多处理器系统的关键技术，直接关系到系统的性能、正确性和可用性。该介绍几种典型的基于目录的一致性协议，并分析共享存储器多处理器系统中一致性协议的实现技术。     

基于OpenMP的事务存储同步语义研究

多核处理器环境下必须解决多核处理器的并行编程问题,才能够充分发挥多核处理器的性能.事务存储(Transactional Memory)机制提供了一种在多核环境下程序并行执行和同步的方法.已有的工作已将事务存储扩展到了OpenMP,为程序员提供满足事务原子性、一致性和隔离性的共享存储访问.但当前事务存储的语义并不完善,事务间不能交换中间结果,不能实现锁的部分语义.提出并实现了一种基于开放嵌套的事务存储的同步语义,从而解决了事务间不能交换中间结果的问题,增强了扩展事务存储后OpenMP的并行编程能力.     

高速缓存参数无关的高效算法

近年来,在高速缓存有效和磁盘有效的算法设计中提出了一个新的概念———高速缓存参数无关。在多级存储体系中,无需了解任何有关各层次的参数,高速缓存参数无关算法便可获得高的效率,且自动对所有各级存储体系都是有效的。本文主要讨论了多种不同的存储模型,并通过分析,证明了一些算法的高速缓存参数无关性。     

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。     

基于目录的一致性协议浅析

分布式共享存储体系结构是当今并行计算机的主要发展方向.在注重性能指标的多处理器系统中通常采用硬件手段解决高速缓存一致性问题.高速缓存的一致性设计成为共享存储多处理器系统的关键技术,直接关系到系统的性能、正确性和可用性.该文介绍几种典型的基于目录的一致性协议,并分析共享存储器多处理器系统中一致性协议的实现技术.     

以操作系统为中心的存储一致性模型--线程一致性模型

分布共享存储系统为保证程序的正确执行,必须通过存储一致性模型对共享存储访问顺序加以限制,而现有模型在可扩展性和操作系统级实现方面存在不足。结合多线程的特点,提出了一种以操作系统为中心的线程一致性模型,通过并行程序执行过程中线程状态的变化来观察和限制存储访问事件的正确顺序,有利于系统的可扩展性、一致性维护信息获取的方便性和完备性以及操作系统本身的设计和实现。分别从模型的定义、正确性证明、实现方案和性能分析等几个方面展开了论述。     

基于多核计算平台和高速缓存感知的Haar小波变换算法

针对目前多核计算平台的普及性以及多核平台的强大计算能力,通过充分利用高速缓存的工作原理以及多线程程序设计的优势,提出了一种在多核平台上高速缓存优化的并行Haar小波计算算法.通过测定算法运行过程中高速缓存缺失率以及算法在不同多核计算平台上的运算性能,反映了该算法极大地降低了缺失率和减少了计算时间.如在数据规模8192条件下缺失率从95%降低到8.37%,计算时间从4.35s减至0.89s.由此证明了该计算方法具有高速且可移植的特性.     

一种片上众核结构共享Cache动态隐式隔离机制研究

访存带宽是限制众核处理器件能提升的关键,将片上最后一级Cache设计为所有处理器核共享是必要的.在共享Cache中隔离放置冲突的数据,是提高共享Cache性能的关键.文中提出了缓存块链接的硬件方法,用于隔离共享Cache中不同线程之间的数据.文中基于时钟精准的片上众核结构模拟器,使用Splash2程序组和生物信息学中的仟务,对所提机制进行了评估.实验结果表明,与传统共享Cache相比,使用缓存块链接机制时,使得共享Cache的冲突性缺失率降低约20%,而使得IPC平均提高了约10%.     

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.     

环连接CMP的缓存一致性协议

片上多核处理器(CMP)已经成为处理器发展的方向,处理器设计的重点也转到了互连网络和存储层次结构方面,其中的一个关键问题是如何维护各处理器各级缓存(Cache)的一致性,该问题在传统的共享存储多处理器中使用Cache一致性协议来解决,而CMP相对于传统的多处理器结构具有更高的片上互连带宽和速度,给Cache一致协议提出了新的要求,也提供了新的改进机会.传统的总线侦听协议存在可扩展性不足和不必要的广播、侦听过多的缺点,而目录协议则存在失效间接延时大和复杂度高、验证困难等问题.环形连接的可扩展性好于总线结构,而其实现复杂度也远小于通常目录协议所使用的包交换点到点网络.将基于环的侦听协议应用于CMP;并考虑利用环的顺序性取消原有协议中冲突引起的重发操作,消除可能的饥饿、死锁和活锁等情况,增加协议的稳定性,同时减少消息流量和功耗;利用片上互连延时短的特点,将侦听结果和侦听请求同时传播,使得处理器可以根据侦听结果来对侦听请求进行选择性的侦听操作,可减少不必要的侦听操作,降低功耗.     

多核处理器Cache一致性协议关键技术研究

多核处理器规模的不断扩大和核间通信机制的日益复杂,使得Cache一致性维护变得更加困难。本文从多核处理器Cache一致性问题的产生背景出发,分析监听协议、目录协议、Token协议和Hammer协议的实现机制以及在多核环境中的优缺点,分别从一致性协议与片上互连结构协同设计、面向低功耗应用的协议优化策略、Cache一致性协议验证及容错机制等角度考虑,对未来多核处理器Cache一致性协议设计的发展趋势和技术挑战进行详细分析与讨论。     

Maintaining Cache Coherence through Compiler-Directed Data Prefetching

In this paper, we propose a compiler-directed cache coherence scheme which makes use of data prefetching to enforce cache coherence in large-scale distributed shared-memory (DSM) systems. TheCache Coherence With Data Prefetching(CCDP) scheme uses compiler analyses to identify potentially stale and nonstale data references in a parallel program and enforces cache coherence by prefetching the potentially stale references. In this manner, the CCDP scheme brings up-to-date data into the caches to avoid stale references and also hides the latency of these memory accesses. Furthermore, the scheme also prefetches the nonstale references to hide their memory latencies. To evaluate the performance impact of the CCDP scheme on a real system, we applied the scheme on five applications from the SPEC CFP95 and CFP92 benchmark suites, and executed the resulting codes on the Cray T3D. The experimental results indicate that for all of the applications studied, our scheme provides significant performance improvements by caching shared data and using data prefetching to enforce cache coherence and to hide memory latency.     

一种带偏置的基于相关性分析的Cache一致性协议验证方法

Cache一致性协议作为CC-NUMA系统的硬件基础,在CC-NUMA系统的设计过程中占有举足轻重的地位。对于复杂的CC-NUMA系统,由于其Cache一致性协议十分复杂,通常难以进行形式化验证,而常规的伪随机模拟又存在验证效率低下的问题。本文提出了一种对复杂CC-NUMA系统中Cache一致性协议进行模拟验证的方法。该方法通过对验证覆盖目标进行相关性分析,使用偏置技术对传统伪随机模拟验证方法进行了改进。实际验证结果表明,改进后的方法使得模拟验证覆盖率的增长速率有了明显提高。     

一种高效SMP Cache一致性协议及其实现技术的研究

结点控制器是并行多处理机计算机系统设计中除CPU外的最复杂部件,随着设计工艺水平的提高,它的功能也日益增多。文章将深入介绍SMP多处理机系统结点控制器设计中的一种高效Cache一致性协议以及实现方面的关键技术。     

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.     

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．