基于多核系統(tǒng)的內(nèi)存管理研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展以及應(yīng)用的推動(dòng)，片上多處理器(chip multiprocessor，CMP)已成為構(gòu)造現(xiàn)代高性能微處理器的唯一技術(shù)途徑。傳統(tǒng)超標(biāo)量指令發(fā)射技術(shù)無(wú)法從典型程序指令流中發(fā)掘出足夠多的并行性，使得單核微處理器的性能再也無(wú)法有效擴(kuò)展。另外，處理器的功耗與散熱問(wèn)題日趨嚴(yán)重，除非使用水冷散熱系統(tǒng)，否則很難繼續(xù)依靠簡(jiǎn)單提高時(shí)鐘頻率的方法來(lái)改善微處理器性能。傳統(tǒng)單核處理器架構(gòu)面臨挑戰(zhàn)，取而代之的多核處理器應(yīng)運(yùn)而來(lái)。 微處理

2、器體系結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提出了新的挑戰(zhàn)，操作系統(tǒng)需要為多核處理器提供與其計(jì)算性能相適應(yīng)的設(shè)計(jì)決策。內(nèi)存管理子系統(tǒng)是系統(tǒng)內(nèi)核中最重要的組成部分之一，是整個(gè)系統(tǒng)得以存在和運(yùn)行的基礎(chǔ)。擁有一個(gè)強(qiáng)大和完備的內(nèi)存管理子系統(tǒng)是構(gòu)建一個(gè)具有高可靠性以及可伸縮性系統(tǒng)的必備條件。多核系統(tǒng)在不同的處理器上可以并發(fā)執(zhí)行不同的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行執(zhí)行。多個(gè)任務(wù)共享內(nèi)存，除了要求互斥訪存之外，還要求對(duì)有限的內(nèi)存資源充分利用。因此，需要對(duì)Linu

3、x操作系統(tǒng)內(nèi)核的某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行優(yōu)化，以滿足多核應(yīng)用的要求。 Linux操作系統(tǒng)采用分頁(yè)式內(nèi)存管理方式，它的內(nèi)存管理算法是經(jīng)典的伙伴算法?；锇樗惴ㄖ袑?duì)于伙伴內(nèi)存塊的定義要求互為伙伴塊的兩個(gè)內(nèi)存塊大小相等、地址連續(xù)并且出自同一個(gè)更大的內(nèi)存塊。這樣的要求使得Linux操作系統(tǒng)在整個(gè)內(nèi)存的管理上十分簡(jiǎn)潔，動(dòng)態(tài)分配和回收內(nèi)存算法簡(jiǎn)便。然而，在一些情況下會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)中存在著足夠大的連續(xù)內(nèi)存，但是這樣的連續(xù)內(nèi)存卻不符合伙伴算法要求，因此

4、無(wú)法得到合并利用，在一定程度上影響到了整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)存利用率。本文對(duì)伙伴算法進(jìn)行改進(jìn)，修改原伙伴算法的分配和釋放，改進(jìn)的內(nèi)存管理算法不僅可以使Linux對(duì)原有伙伴內(nèi)存塊進(jìn)行維護(hù)、管理，同時(shí)還可以對(duì)放寬的伙伴塊進(jìn)行管理，在一定程度上提高了Linux對(duì)于內(nèi)存資源的利用率。最后針對(duì)多處理器環(huán)境的特點(diǎn)，對(duì)改進(jìn)之后的伙伴算法提出針對(duì)多處理器系統(tǒng)的改進(jìn)思路，使改進(jìn)之后的伙伴算法能更好的適應(yīng)于多處理器系統(tǒng)的處理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)頁(yè)面分配和回收的真正并行，使得L