【摘要】： 同時(shí)多線程(Simultaneous Multithreading,簡稱SMT)處理器通過多個(gè)線程共享處理器資源來提高性能,每個(gè)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(shí)多線程處理器研究的重要課題之一。 隨著同時(shí)多線程處理器的廣泛應(yīng)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(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,簡稱QoS)方面提供支持。當(dāng)前,同時(shí)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(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量這三個(gè)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(fèi)和資源濫用嚴(yán)重等問題,還有進(jìn)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(diǎn);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(jìn)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(shí)現(xiàn)公平性成為亟待解決的問題;在保證實(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量方面,有關(guān)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(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)的資源分配策略需要進(jìn)一步的研究。本文針對上述三個(gè)方面展開了深入研究,并取得以下研究成果。 1.為了進(jìn)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(jié)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(shí)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(dāng)導(dǎo)致的資源濫用和資源浪費(fèi)。 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(jìn)而實(shí)現(xiàn)所有線程公平地占用處理器。 3.為了保證實(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)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(shí)調(diào)整實(shí)時(shí)任務(wù)的取指優(yōu)先級來達(dá)到控制其性能的目的,從而保證實(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。 4.為了在優(yōu)化公平性的同時(shí)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(biāo)的資源分配策略結(jié)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(shí)盡可能提高處理器的總體性能。 5.為了在保證實(shí)時(shí)任務(wù)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)提高性能,提出在CPIT策略中結(jié)合使用MFP策略,充分利用CPIT和MFP在保證實(shí)時(shí)任務(wù)服務(wù)質(zhì)量和提高性能方面的優(yōu)勢,在保證實(shí)時(shí)任務(wù)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)盡可能提高處理器的總體性能。 實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的資源分配策略都能夠有效地實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)。本文的研究為同時(shí)多線程處理器在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

.2 發(fā)射帶寬增加后 SPEC CPU 2000 程序的 IPC 和硬件復(fù)雜度增長用程序固有的 ILP體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要受到以 SPEC CPU 2000 評測為代表的動。這類應(yīng)用大多具有較規(guī)則的控制流和較高的 ILP，可以器的預(yù)測精度達(dá)到 90%以上。但是，并非所有的應(yīng)用都有整型程序固有的 ILP 較低，浮點(diǎn)程序固有的 ILP 較高。許理器從傳統(tǒng)的單指令流中實(shí)際能開發(fā)出的 ILP 是非常有準(zhǔn)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(zhǔn)程序有類似的 IPC 們在 8 發(fā)射 Alpha 處理器2上對 SPEC CPU 2000 進(jìn)行了測試.15。些服務(wù)器應(yīng)用，，像商業(yè)的在線事務(wù)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(gè) Pentium Pro 組成的對稱多處

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院博士學(xué)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(fèi)可以分成垂直浪費(fèi)和水平浪費(fèi)[3]，如果某個(gè)周期所有的發(fā)射槽都空閑，這時(shí)稱發(fā)生了垂直浪費(fèi)，如果只有部分發(fā)射槽空閑，則稱發(fā)生了水平浪費(fèi)。不難看出，單線程處理器中既存在垂直浪費(fèi)，又存在水平浪費(fèi)。垂直浪費(fèi)是由長延時(shí)操作造成的，而水平浪費(fèi)是由指令級并行不夠造成的。(1) 同時(shí)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(shí)，因此減少了發(fā)射槽的垂直浪費(fèi)�？墒怯捎� FMT和 CMT 在同一個(gè)時(shí)鐘周期里只能從一個(gè)線程發(fā)射指令，因此指令級并行不足造成的水平浪費(fèi)仍然存在。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP332

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王永文;鄭倩冰;尹遠(yuǎn);孫彩霞;竇強(qiáng);;細(xì)粒度多線程處理器中前瞻性數(shù)據(jù)加載的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2011年S1期

2 王永文;陳微;鄭倩冰;竇強(qiáng);;多線程向量處理器中向量數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2012年S1期

相關(guān)會議論文 前1條

1 王永文;鄭倩冰;尹遠(yuǎn);孫彩霞;竇強(qiáng);;細(xì)粒度多線程處理器中前瞻性數(shù)據(jù)加載的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];2010年第16屆全國信息存儲技術(shù)大會（IST2010）論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 歐國東;基于線程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);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(jī)制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

3 齊樹波;面向片上網(wǎng)絡(luò)的高性能路由器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

本文編號：2693937