【摘要】： 同時多線程(Simultaneous Multithreading,簡稱SMT)處理器通過多個線程共享處理器資源來提高性能,每個線程執(zhí)行的性能和處理器的總體性能都取決于如何在線程之間分配共享資源,即取決于資源分配策略。如何有效地分配共享資源成為同時多線程處理器研究的重要課題之一。 隨著同時多線程處理器的廣泛應用,除了追求高性能外,處理器硬件還需要在公平性和保證實時任務的服務質(zhì)量(Quality of Service,簡稱QoS)方面提供支持。當前,同時多線程處理器資源分配策略的研究主要圍繞提高性能、優(yōu)化公平性和保證實時任務的服務質(zhì)量這三個方面展開。然而,在提高性能方面,現(xiàn)有的資源分配策略存在資源利用率低、資源浪費和資源濫用嚴重等問題,還有進一步優(yōu)化的空間,如何提高處理器性能仍然是資源分配策略的研究熱點;在優(yōu)化公平性方面,現(xiàn)有的研究大多是對已有資源分配策略的公平性進行評估,并沒有專門針對公平性的優(yōu)化提出有效的策略,如何通過有效的資源分配實現(xiàn)公平性成為亟待解決的問題;在保證實時任務的服務質(zhì)量方面,有關研究非常少,目前只提出了一種顯式的資源分配策略,以保證實時任務的服務質(zhì)量為目標的資源分配策略需要進一步的研究。本文針對上述三個方面展開了深入研究,并取得以下研究成果。 1.為了進一步提高性能,提出了一種SMT處理器資源分配策略——MFP。該策略結合取指控制和資源劃分的優(yōu)勢,主要利用取指控制共享資源的分配,以實現(xiàn)資源的自由競爭、提高資源利用率,并輔助使用資源劃分方法,減少由于競爭不當導致的資源濫用和資源浪費。 2.為了更好地支持公平性,專門針對公平性優(yōu)化提出了一種SMT處理器資源分配策略——FAIR。該策略從取指的角度間接控制共享資源的分配,通過優(yōu)先從正規(guī)化性能加速比較低的線程取指來加速該線程的執(zhí)行,進而實現(xiàn)所有線程公平地占用處理器。 3.為了保證實時任務的服務質(zhì)量,提出了一種隱式的SMT處理器資源分配策略——CPIT。該策略從取指的角度間接控制共享資源的分配,通過適時調(diào)整實時任務的取指優(yōu)先級來達到控制其性能的目的,從而保證實時任務的服務質(zhì)量。 4.為了在優(yōu)化公平性的同時提高性能,提出了一種SMT處理器資源分配策略——FAIR+。該策略把FAIR策略和任何一種以提高性能為目標的資源分配策略結合使用,充分利用兩種策略在優(yōu)化公平性和提高性能方面的優(yōu)勢,在優(yōu)化公平性的同時盡可能提高處理器的總體性能。 5.為了在保證實時任務服務質(zhì)量的同時提高性能,提出在CPIT策略中結合使用MFP策略,充分利用CPIT和MFP在保證實時任務服務質(zhì)量和提高性能方面的優(yōu)勢,在保證實時任務服務質(zhì)量的同時盡可能提高處理器的總體性能。 實驗表明,本文提出的資源分配策略都能夠有效地實現(xiàn)特定的目標。本文的研究為同時多線程處理器在不同領域的廣泛應用奠定了基礎。
【圖文】：

.2 發(fā)射帶寬增加后 SPEC CPU 2000 程序的 IPC 和硬件復雜度增長用程序固有的 ILP體系結構的優(yōu)化主要受到以 SPEC CPU 2000 評測為代表的動。這類應用大多具有較規(guī)則的控制流和較高的 ILP，可以器的預測精度達到 90%以上。但是，并非所有的應用都有整型程序固有的 ILP 較低，浮點程序固有的 ILP 較高。許理器從傳統(tǒng)的單指令流中實際能開發(fā)出的 ILP 是非常有準程序，PowerPC 620 的 IPC 為 0.96~1.77，8 發(fā)射的 Alp 不到 1.5[1]。Pentium Pro 對 SPEC95 基準程序有類似的 IPC 們在 8 發(fā)射 Alpha 處理器2上對 SPEC CPU 2000 進行了測試.15。些服務器應用，，像商業(yè)的在線事務處理（On-Line TransacLTP）和決策支持系統(tǒng)（Decision Support Systems 簡稱 DS則，ILP 較低。在一臺由 4 個 Pentium Pro 組成的對稱多處

國防科學技術大學研究生院博士學位論文以發(fā)射執(zhí)行，填充的方格表示有指令可以發(fā)射執(zhí)行。發(fā)射槽的浪費可以分成垂直浪費和水平浪費[3]，如果某個周期所有的發(fā)射槽都空閑，這時稱發(fā)生了垂直浪費，如果只有部分發(fā)射槽空閑，則稱發(fā)生了水平浪費。不難看出，單線程處理器中既存在垂直浪費，又存在水平浪費。垂直浪費是由長延時操作造成的，而水平浪費是由指令級并行不夠造成的。(1) 同時多線程 vs. FMT 和 CMT圖 1.3(b) 和(c)分別給出了 FMT 和 CMT 中發(fā)射槽的使用情況。FMT 和 CMT通過線程切換可以隱藏存儲延時，因此減少了發(fā)射槽的垂直浪費�？墒怯捎� FMT和 CMT 在同一個時鐘周期里只能從一個線程發(fā)射指令，因此指令級并行不足造成的水平浪費仍然存在。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TP332

【引證文獻】

相關期刊論文 前2條

1 王永文;鄭倩冰;尹遠;孫彩霞;竇強;;細粒度多線程處理器中前瞻性數(shù)據(jù)加載的設計與實現(xiàn)[J];計算機研究與發(fā)展;2011年S1期

2 王永文;陳微;鄭倩冰;竇強;;多線程向量處理器中向量數(shù)據(jù)存儲結構的設計與實現(xiàn)[J];計算機研究與發(fā)展;2012年S1期

相關會議論文 前1條

1 王永文;鄭倩冰;尹遠;孫彩霞;竇強;;細粒度多線程處理器中前瞻性數(shù)據(jù)加載的設計與實現(xiàn)[A];2010年第16屆全國信息存儲技術大會（IST2010）論文集[C];2010年

相關博士學位論文 前3條

1 歐國東;基于線程的數(shù)據(jù)預取技術研究[D];國防科學技術大學;2011年

2 賈小敏;多核處理器片上Cache訪問行為分析與優(yōu)化機制研究[D];國防科學技術大學;2011年

3 齊樹波;面向片上網(wǎng)絡的高性能路由器關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2011年

本文編號：2693937