多核體系結構通信機制的研究與優(yōu)化.pdf

1、多核體系結構的出現(xiàn)與廣泛應用帶動了多核技術的迅猛發(fā)展，然而，諸如通訊延遲、存儲墻、資源競爭等問題嚴重影響多核處理器性能的發(fā)揮。其中，提高多核間通信效率是提升多核系統(tǒng)性能的重要途徑，也成為近年來計算機系統(tǒng)結構領域中研究的熱點問題。
　　多核體系結構下，對核間通信研究的本質是如何在保證系統(tǒng)中各應用正常運行的前提下，通過協(xié)調(diào)應用先后執(zhí)行順序及對應用的處理器核的分配，以達到減少甚至避免對共享資源的爭用，最終提高多核系統(tǒng)效率。
　　當

2、前，業(yè)界已經(jīng)提出了多種策略提高核間通信效率，主要包括以下三方面:1.改進MPI(Message Passing Interface)庫;2.針對于特定網(wǎng)絡連接（如mesh網(wǎng)絡）的改進;3.使用更高效的進程映射算法。綜合考慮通用性與可行性，本文從第三點進行研究，針對兩種不同的多核平臺，分別提出新的進程映射與調(diào)度算法。
　　(1)對于運行周期任務的嵌入式多核平臺，提出一種基于進程映射和部分任務預先調(diào)度的算法。該算法引入流水線思想，通過

3、找出占用總線時長最長的通信型任務TRmx和依賴其的所有計算型任務，預先調(diào)度從開始任務T1到最長通信型任務（TRmx）之間的所有任務，進而對于后續(xù)每個周期，所有依賴于TRm的任務在執(zhí)行前所需的數(shù)據(jù)已經(jīng)準備就緒，消除了等待時間。該算法的本質是使不同周期內(nèi)計算型任務與通信型任務覆蓋執(zhí)行，達到類似于流水線的效果，縮短了調(diào)度長度和程序運行時間。
　　(2)對于NUMA系統(tǒng)，本文建立核間通信時間模型，針對該模型得出影響核間通信效率的多個因素:

4、消息長度、消息發(fā)送速率、網(wǎng)絡接口利用率等。通過實驗量化分析出各因素對于核間通信時間的影響程度，并根據(jù)系統(tǒng)中多個結點(node)間通信造成對有限網(wǎng)絡接口爭用的情況，對每個結點上可同時運行的進程數(shù)目設定閩值。文中綜合以上影響通信效率的各基本規(guī)則并結合閾值思想，對于NUMA體系結構提出優(yōu)化的進程映射算法，并分析該算法的正確性與高效性。
　　本文進行多組對比試驗，并對數(shù)據(jù)進行深入分析，結果顯示，文中提出的兩種不同平臺上的調(diào)度算法較常用算法