多核平臺下高性能主存管理策略研究.pdf

1、“主存墻”是限制高性能處理器系統(tǒng)性能的主要因素之一。主存儲器的存取速度通常比處理器的計(jì)算速度慢兩個(gè)數(shù)量級。為了減小這一差距，現(xiàn)代主存儲器大多采用行緩沖優(yōu)先請求調(diào)度策略來增加主存儲器的請求處理速度。然而，片上多核處理器的應(yīng)用加劇了“主存墻”現(xiàn)象，導(dǎo)致了多個(gè)線程在共享主存處發(fā)生激烈的資源競爭。由此產(chǎn)生的線程間干擾，如線程餓死、存儲級并行性被破壞、行緩沖數(shù)據(jù)局部性被破壞問題，已經(jīng)導(dǎo)致處理器性能嚴(yán)重下降。本文重點(diǎn)分析了高性能處理器尤其是多核處理

2、器中主存請求調(diào)度策略的若干熱點(diǎn)問題，并提出相應(yīng)硬件開銷合理的解決方案來提高整體系統(tǒng)性能。論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新之處包括：
　　 1、公平性感知的短作業(yè)優(yōu)先請求調(diào)度策略研究。傳統(tǒng)的行緩沖優(yōu)先請求調(diào)度策略會優(yōu)先處理命中行緩沖的訪存請求，在單核處理器中增加了主存儲器吞吐率并提高了系統(tǒng)性能。然而在多核處理器中，它雖然仍能保證較高的主存儲器吞吐率，但產(chǎn)生的不公平性訪問，線程存儲級并行性被破壞等問題，導(dǎo)致全系統(tǒng)性能下降。針對這一情況本文實(shí)

3、現(xiàn)了一種關(guān)注公平性訪問，保證存儲級并行性的請求調(diào)度策略。該策略通過為每一個(gè)請求設(shè)置最大等待時(shí)間閾值來保證請求最晚服務(wù)時(shí)間，維護(hù)線程公平性訪問，通過預(yù)測和優(yōu)先訪存短作業(yè)線程的請求，減少請求的平均等待時(shí)間，最終達(dá)到主存儲器吞吐率和系統(tǒng)性能的一個(gè)最佳折中方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于行緩沖優(yōu)先請求調(diào)度策略，該策略可以將一個(gè)2-路多核處理器平均情況下公平性提高2.26，同時(shí)將吞吐率提高25％。
　　 2、多核處理器中主存儲器的Bank分配策

4、略研究。雖然合理的請求調(diào)度策略可以綜合考慮主存儲器吞吐率與系統(tǒng)性能，但是多核線程共用主存儲器的Bank行緩沖，產(chǎn)生行緩沖數(shù)據(jù)顛簸，數(shù)據(jù)局部性被破壞的問題仍然沒有得到有效解決。針對這一情況本文實(shí)現(xiàn)了一種全新的主存儲器Bank分配策略，通過將不同線程的地址空間映射到相對獨(dú)立的主存儲器bank上，徹底消除多核線程在共享主存處的行緩沖等資源競爭，從而達(dá)到最佳的系統(tǒng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于行緩沖優(yōu)先請求調(diào)度策略，該策略可以將一個(gè)2-路多核處理器