多核環(huán)境下基于L2 Cache的目錄一致性協(xié)議的研究.pdf

1、隨著處理器制造工藝的不斷進(jìn)步以及實(shí)際應(yīng)用需要,多核結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)前高性能微處理器的發(fā)展趨勢(shì)。然而,與此同時(shí)也帶來了一些在單處理器結(jié)構(gòu)中沒有出現(xiàn)過的問題,在多核處理器系統(tǒng)中出現(xiàn)的Cache一致性問題是當(dāng)今計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中研究的熱點(diǎn)問題。
　　 當(dāng)前處理器性能的提高幅度遠(yuǎn)高于存儲(chǔ)器的發(fā)展速度,然而,在傳統(tǒng)的多核處理器系統(tǒng)中為保證Cache一致性,數(shù)據(jù)塊的一致性信息一般都以目錄的方式存放在內(nèi)存中,這樣,當(dāng)某個(gè)內(nèi)核需要對(duì)某一共享數(shù)據(jù)塊進(jìn)

2、行讀寫操作時(shí),都需要到內(nèi)存中查找或修改目錄信息,這無疑增加了處理器內(nèi)核的訪存延遲,而較長(zhǎng)的訪存延遲大大的限制了系統(tǒng)的性能。
　　 本文對(duì)多核環(huán)境下的高速緩存的工作原理、基本結(jié)構(gòu)及Cache一致性協(xié)議的工作原理等進(jìn)行了較為深入的研究的基礎(chǔ)上,提出了一種L2 Cache模型的設(shè)計(jì),將傳統(tǒng)的L2 Cache分成兩部分,即DLDI與FDI部分,其中DLDI部分除了存儲(chǔ)本地內(nèi)核最近訪問的數(shù)據(jù)外,還額外存儲(chǔ)了這些數(shù)據(jù)塊的目錄信息,而FDI部

3、分存儲(chǔ)的是從DLDI部分替換出去的數(shù)據(jù)塊的目錄信息,這樣當(dāng)內(nèi)核需要查找或改變某個(gè)數(shù)據(jù)塊的目錄信息時(shí),可以直接訪問L2 Cache,從而減少處理器的訪存延遲:在此L2 Cache模型的支持下,本文又對(duì)基于目錄的Cache一致性協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn),以保證將目錄信息存儲(chǔ)到本文提出的L2 Cache模型中后,仍然能保證多核處理器的數(shù)據(jù)一致性;最后,利用多核模擬器軟件GEMS,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,將目錄信息存儲(chǔ)在本文中提出的L2 Cach