【摘要】：近年來,以共享片內(nèi)Cache為特征的片上多處理器( Chip of Multiprocessors,CMPs)架構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于桌面計算機。服務(wù)器平臺上,對提高計算機系統(tǒng)的性能起到了巨大的推動作用。借助虛擬化技術(shù),多個用戶能夠充分共享CMP中集成的豐富計算資源,而且隨著x86架構(gòu)虛擬化的突破,虛擬化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器整合。安全計算平臺。內(nèi)核調(diào)試與開發(fā)等多個領(lǐng)域。然而,現(xiàn)有的虛擬化系統(tǒng)多針對對稱多處理器(Symmetric Multiprocessrors,SMPs)架構(gòu)設(shè)計,移植到CMP架構(gòu)后,多個虛擬機競爭共享緩存的問題變得非常嚴重,嚴重影響了整個系統(tǒng)的性能。因此,在虛擬化系統(tǒng)中,如何避免多個虛擬機之間的共享緩存競爭問題,充分發(fā)揮出CMP處理器架構(gòu)的優(yōu)勢,已成為擺在研究者面前的一項新課題。 現(xiàn)有的工作多采用靜態(tài)Cache劃分的方法來隔離多個虛擬機之間的共享緩存競爭。該方法存在很嚴重的缺點,即需要在虛擬機啟動前手動分配Cache大小,并且該方法只能被動地實現(xiàn)性能隔離,無法主動利用程序的運行時特征來提高性能。 本文在廣泛深入研究虛擬機環(huán)境下二級緩存對應(yīng)用程序影響的基礎(chǔ)上,探索并提出了在CMP處理器平臺下實現(xiàn)虛擬機動態(tài)Cache劃分系統(tǒng)的方法,并取得了以下研究成果: (1)提出了虛擬機環(huán)境下面向二級緩存的應(yīng)用程序運行時特征分類方法。以SPEC CPU2006程序集為例,研究了應(yīng)用程序工作集與處理器緩存之間的關(guān)系,結(jié)合程序測試結(jié)果,依據(jù)程序的靜態(tài)特征將其分為Cache敏感型。Cache污染型和Cache無關(guān)型三類;通過進一步研究程序運行時二級緩存失效率的變化,按程序的運行時特征將其分為顛簸型程序和平緩型程序兩類。該分類方法為虛擬機環(huán)境下動態(tài)Cache劃分算法的設(shè)計提供了理論依據(jù)。 (2)設(shè)計并實現(xiàn)了虛擬機環(huán)境下動態(tài)Cache劃分算法。該算法采用頁面著色思想,通過約束虛擬機所能夠訪問的內(nèi)存頁面來實現(xiàn)Cache的隔離,并且能夠依據(jù)程序?qū)ache的需求動態(tài)地調(diào)整虛擬機之間的Cache比例,在實現(xiàn)Cache隔離的同時提高虛擬化系統(tǒng)的性能。 我們在Xen虛擬化系統(tǒng)上實現(xiàn)了該動態(tài)Cache劃分算法,并以SPEC CPU2006為基礎(chǔ)構(gòu)建工作負載進行性能測試。實驗結(jié)果表明,采用動態(tài)Cache劃分方法后,系統(tǒng)性能比未劃分情況下最高提高了5%,在顛簸型程序負載下,系統(tǒng)性能比靜態(tài)Cache劃分系統(tǒng)提高了7%。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP332
【圖文】：

圖 3.2 CINT2006 測試程序 L2 Cache 失效率圖 3.3 CFP2006 測試程序 L2 Cache 失效率實驗中采集的數(shù)據(jù)，無論是程序性能的提升，還是 L2 Cache 失效率，都是程

第 26 頁圖 3.3 CFP2006 測試程序 L2 Cache 失效率實驗中采集的數(shù)據(jù)，無論是程序性能的提升，還是 L2 Cache 失效率，都是程行完畢后總的統(tǒng)計結(jié)果，可以稱之為程序的靜態(tài)特征 考慮程序工作集與 CP緩存大小之間的關(guān)系，可以將應(yīng)用程序分為以下三種：（1）Cache 敏感型程序：如果程序的工作集同處理器的二級緩存大小相差不則減小二級緩存肯定會降低此類程序的性能，我們稱之為具有 Cache 敏感型的特征；（2）Cache 污染型程序：如果程序的工作集遠大于處理器的二級緩存，比如幾十甚至幾百 MB，此時減小二級緩存的大小對它影響不大 這類程序還有一重要的特點，由于它極差的局部性特征，使得在執(zhí)行過程中會不斷地進行

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文he 塊的替換，這樣就很可能 擠掉 其他程序的有用數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其他程序性能降，具有這類特點的程序就是我們稱之為 Cache 污染型程序；（3）Cache 無關(guān)型程序：這類程序的工作集遠小于處理器二級緩存的大小，只有幾百 KB，減少二級緩存的大小不會對程序帶來很大的影響 而且，由于局部性很好，也不會影響其他程序的性能，稱之為 Cache 無關(guān)型程序

【共引文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 洪龍;中介真值程度的度量及其在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 蔣寧;嵌入式數(shù)據(jù)庫的緩存優(yōu)化與實時事務(wù)調(diào)度[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號：2796551