多核下可伸縮的多線程模型.pdf

1、基于共享地址空間的多線程是有效利用多核資源的重要方式。并發(fā)線程對(duì)一些共享數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)，成為影響應(yīng)用性能瓶頸之一。嚴(yán)重的共享地址空間競(jìng)爭(zhēng)，限制了大量的多線程程序的性能。此外，在一些多線程的流處理應(yīng)用中，共享隊(duì)列的同步方式也極大地限制了此類應(yīng)用的可伸縮性和性能。
　　本文提出了一個(gè)線程模型PMthreads(private virtual memory threads)，旨在完全消除線程間的地址空間競(jìng)爭(zhēng)?；谡n題組已有的生產(chǎn)-消費(fèi)共享內(nèi)

2、存模型，本文在PMthreads中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了多線程流式編程模型PMPL(PMthreads Pipeline)，旨在解決流式應(yīng)用可伸縮性差的問(wèn)題。本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1、詳細(xì)分析了地址空間競(jìng)爭(zhēng)影響應(yīng)用性能的原因，以及共享隊(duì)列同步方式的缺陷。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及性能分析工具發(fā)現(xiàn)，保護(hù)共享地址空間的全局讀寫(xiě)鎖是導(dǎo)致多線程程序性能下降的主要原因。本文進(jìn)一步分析了粗粒度鎖、細(xì)粒度鎖、原子指令以及無(wú)鎖化在同步共享隊(duì)列上的各自缺陷。

3、>　　2、提出了一個(gè)基于隔離地址空間的線程模型，并且在Linux上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)保持共享變量語(yǔ)義的原型系統(tǒng)PMthreads。為了完全消除線程間的地址空間競(jìng)爭(zhēng)，PMthreads給每一個(gè)線程一個(gè)隔離的地址空間。通過(guò)自定義字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)和開(kāi)發(fā)IAmalloc(isolated address space malloc)堆分配器，PMthreads保持了線程共享變量語(yǔ)義，并且PMthreads采用Pthreads接口以支持現(xiàn)有的Pthreads程

4、序。
　　3、在PMthreads上，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了線程之間可以高效傳遞數(shù)據(jù)的流式編程模型PMPL?；谏a(chǎn)-消費(fèi)共享內(nèi)存模型，本文在PMthreads上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了PMPL，并且設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單易用的發(fā)送和接收接口。
　　4、在32核機(jī)器上對(duì)PMthreads和PMPL分別進(jìn)行了性能評(píng)估。本文使用了Phoenix和PARSEC中的10個(gè)測(cè)試程序評(píng)估了PMthreads的性能。在32核下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于虛擬內(nèi)存密集型應(yīng)

5、用，PMthreads相對(duì)于Pthreads性能提升了2.17倍～3.19倍;PMthreads對(duì)NUMA的親和性要優(yōu)于Pthreads;以dedup流式應(yīng)用為例，PMPL相對(duì)于使用共享隊(duì)列的方式性能提升了7.51倍。
　　本文提出的PMthreads可以提升虛擬內(nèi)存密集型多線程應(yīng)用的可伸縮性和性能，并且Pthreads多線程程序可以無(wú)修改地調(diào)用PMthreads。同時(shí)本文提出的PMPL為程序員提供了一種簡(jiǎn)單高效的方式在線程之間傳