本文關(guān)鍵詞：多核系統(tǒng)減少內(nèi)存干擾技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)代多核系統(tǒng)中,處理器性能與內(nèi)存性能間的不均衡發(fā)展導(dǎo)致當(dāng)前內(nèi)存的存儲速度嚴(yán)重滯后于處理器的計算速度,從而形成“內(nèi)存墻”�！皟�(nèi)存墻”問題嚴(yán)重阻礙了多核處理器的性能發(fā)揮,一直是制約計算機整體性能的重要因素�，F(xiàn)代多核系統(tǒng)通常共享最后一級緩存(LLC)和DRAM主存,其中DRAM是很重要的共享資源。多核系統(tǒng)中,并發(fā)執(zhí)行的程序?qū)蚕碣Y源的爭奪愈演愈烈,隨之帶來嚴(yán)重的線程間的內(nèi)存干擾。線程間的內(nèi)存干擾會降低DRAM內(nèi)存系統(tǒng)的響應(yīng)速度,進而拉大訪存延遲,擴大處理器與內(nèi)存之間在性能上的差距,使得“內(nèi)存墻”問題越來越嚴(yán)重,從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能和公平性下降。另外,線程間的內(nèi)存干擾還會引發(fā)線程的優(yōu)先級反轉(zhuǎn)。如何減少內(nèi)存干擾已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所關(guān)心的熱點問題。本文以減小內(nèi)存干擾,提高系統(tǒng)性能、公平性為目標(biāo),結(jié)合操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)理論,從操作系統(tǒng)角度提出一種通過減少內(nèi)存干擾提高系統(tǒng)性能的軟件解決方案——PseudoShare框架。PseudoShare框架充分利用DRAM性能優(yōu)化的原則,在保證DRAM Bank并行性的前提下劃分DRAM Bank,將來自不同核上線程的訪存請求映射到專屬的內(nèi)存Bank組上,從而減少不同核上的線程在DRAM Bank上的Row Buffer沖突,即減少線程間的內(nèi)存干擾,提高系統(tǒng)整體性能。本文主要工作如下:(1)本文詳細(xì)分析了程序性能與Bank并行性之間的關(guān)系,得出結(jié)論:程序?qū)ank數(shù)量的需求是有限的,所以可以給每個程序分配Bank時只分配給它所需要的Bank數(shù),滿足它的容量需求,保證Bank并行性。(2)本文提出了內(nèi)存感知的頁分配策略BAPA。這是一種新的內(nèi)存分配算法,與當(dāng)前操作系統(tǒng)默認(rèn)的頁分配策略不同的是BAPA能感知到DRAM Bank的存在,注重于在保證Bank并行性的前提下減少內(nèi)存沖突。該策略的核心思想為DRAM Bank劃分機制,避免了原有算法對資源分配的盲目性,從而減小線程間在DRAM Bank上的內(nèi)存干擾。(3)本文提出了頁分配與組調(diào)度融合的PseudoShare框架,劃分線程和內(nèi)存成線程組和內(nèi)存組,每個線程組運行在一個CPU核心上,且占用一個內(nèi)存組,形成一個獨立子系統(tǒng)。然后進行內(nèi)存帶寬劃分,消除因共享內(nèi)存帶寬帶來的性能和公平性下降。實驗結(jié)果表明,PseudoShare在4核/8核平臺下都提高了系統(tǒng)整體性能和公平性,并平均降低了5.3%的功耗。(4)本文采用純軟件的方式解決內(nèi)存干擾問題,在Linux內(nèi)核中實現(xiàn)了PseudoShare框架,無需更改硬件,從而避免修改復(fù)雜硬件邏輯帶來的時間開銷。
【關(guān)鍵詞】：多核系統(tǒng) 內(nèi)存干擾 DRAM Bank劃分 頁分配 組調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 課題相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 共享Cache劃分14-16
• 1.2.2 DRAM訪存請求調(diào)度16-17
• 1.2.3 DRAM內(nèi)存劃分17-18
• 1.3 論文的主要工作18-19
• 1.4 本文的組織與結(jié)構(gòu)19-21
• 第2章 相關(guān)背景知識21-29
• 2.1 DRAM工作原理21-25
• 2.1.1 現(xiàn)代DRAM的結(jié)構(gòu)及特點21-22
• 2.1.2 內(nèi)存訪問的基本時間22-24
• 2.1.3 DRAM內(nèi)存控制器24-25
• 2.2 行緩沖(Row Buffer)沖突25-26
• 2.3 頁著色技術(shù)26-27
• 2.4 Linux伙伴系統(tǒng)算法27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 內(nèi)存感知的頁分配策略研究29-39
• 3.1 DRAM性能優(yōu)化的原則29-30
• 3.2 多核系統(tǒng)訪存問題分析30-32
• 3.3 程序性能與Bank并行性間的關(guān)系32-34
• 3.4 內(nèi)存感知頁分配策略的核心思想34-35
• 3.5 內(nèi)存感知頁分配策略的設(shè)計35-38
• 3.5.1 Bank地址位35-36
• 3.5.2 內(nèi)存感知頁分配策略設(shè)計36-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 第4章 頁分配與組調(diào)度融合的內(nèi)存優(yōu)化方法39-49
• 4.1 PseudoShare框架概述39
• 4.2 線程組劃分39-43
• 4.2.1 線程組劃分40-41
• 4.2.2 組內(nèi)線程組織形式41-43
• 4.3 內(nèi)存組劃分43-44
• 4.4 線程組調(diào)度44-46
• 4.5 內(nèi)存帶寬劃分46-47
• 4.6 Open Page和Close Page選擇47
• 4.7 本章小結(jié)47-49
• 第5章 實驗與結(jié)果分析49-59
• 5.1 實驗平臺與量化指標(biāo)49-51
• 5.2 實驗結(jié)果分析51-57
• 5.2.1 系統(tǒng)性能分析51-54
• 5.2.2 公平性分析54-56
• 5.2.3 功耗效率分析56
• 5.2.4 敏感度分析56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-59
• 第6章 總結(jié)與展望59-63
• 6.1 工作總結(jié)59
• 6.2 進一步工作及展望59-63
• 致謝63-65
• 參考文獻(xiàn)65-73
• 附錄73-74
• 詳細(xì)摘要74-76

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本文編號：336954