基于应用感知的片上网络服务质量保障研究

发布时间：2017-06-13 05:07

  本文关键词：基于应用感知的片上网络服务质量保障研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着用户规模和机器成本的增加,互联网公司倾向于将服务迁移到云上。数据中心的多核多线程服务器上同时运行着若干不同类型的应用,这些应用由于处理的业务逻辑不同,程序的运行特征存在很大的差异,对资源的需求量和使用量也不尽相同。特别是对共享资源的使用,资源需求量较低的应用由于受到资源使用量较高应用的干扰,如果采取相同的处理策略,两种应用的表现都将受到严重影响。如何在混合负载中保证不同应用的服务质量(Quality of Service,QoS),成为目前多核处理器研究的热点问题。片上网络是多核处理器中连接内核、Cache和DRAM组件的一种重要的共享资源,承担组件之间的通信职责。通信质量的好坏往往依赖于对片上网络中资源的使用情况。目前基于应用感知对片上网络进行QoS保障主要是基于应用在最后一级Cache的缺失率对应用进行分类,而缺失率在预测应用的资源使用量时,忽视了缺失率与性能的关联特征,即性能不一定随着缺失率增高而降低,因此存在不准确的问题;在应用感知的基础上,现有基于异构的片上网络设计存在负载过高时和负载不均衡时拥塞现象严重的问题。针对以上问题,本文基于原有应用感知的思想,提出一种新型的应用分类方法,根据应用的直接网络特征确定应用类型,将其分别应用于无缓存网络和异构网络结构中,并结合拥塞控制算法来进行面向不同负载量的服务质量保障。基于应用感知的无缓存路由算法(APA,Application Aware)根据应用的网络阶段和计算阶段的平均持续时间,将应用划分为延迟敏感型应用(LS,Latency Sensitive)和非延迟敏感型应用(LIS,Latency Insensitive)。延迟敏感型应用,在与非延迟敏感型具有相同的优先级时,延迟对LS性能的影响更大。因此,APA基于传统优先级策略将应用类型也作为一种优先级评价参数,保证LS的性能得到保障,同时,由于优先级策略保留了原有最长寿命(Age)参数,LIS的性能也不会受到影响。鉴于目前大负载应用的不断普及,本文在应用感知的基础上,提出一种新型的异构片上网络设计方案,并将基于异构的拥塞控制算法(COP,Congestion Optimization)加入设计中,通过检测两种片上网络中的拥塞度差异,判断当前片上网络是否需要或能够提供资源帮助。这种设计满足了大规模混合负载应用的质量保障问题,同时解决了负载不均衡时隔离式网络中拥塞严重的问题,进一步保障了应用的服务质量。本文使用MacSim模拟器作为仿真平台,基于64核处理器,测试了APA方案与基准方案的性能和网络表现,结果显示,与非应用感知的方案相比,APA方案下系统性能平均提升4.9%(最高10.4%),网络延迟平均降低2.4%,网络偏转率平均降低4.2%。COP方案与基准无拥塞控制方案相比,性能平均提升17%,最高提升24%,同时,本文设计的异构片上网络比单纯有缓存片上网络功耗节省超过36%。因此,本文提出的基于应用感知的片上网络优化方案对应用的服务质量保障有良好的改善作用。
【关键词】：片上网络 服务质量保障 应用感知 拥塞控制
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN47
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题背景和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-15
• 1.2.2 国内研究现状15
• 1.3 存在问题15-16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 1.4.1 应用感知的无缓存路由算法17
• 1.4.2 基于服务质量保障的异构片上网络拥塞控制算法17-18
• 1.5 文章组织结构18-20
• 第2章 多核处理器与片上网络20-32
• 2.1 多核处理器20-24
• 2.1.1 两种多核处理器20-22
• 2.1.2 多核处理器的关键技术22-23
• 2.1.3 多核处理器面临的挑战23-24
• 2.2 片上网络24-29
• 2.2.1 拓扑结构24-27
• 2.2.2 路由器结构27-29
• 2.2.3 服务质量保障29
• 2.3 本章小结29-32
• 第3章 应用感知的无缓存路由算法32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 应用特征对性能的影响32-34
• 3.3 应用感知的无缓存路由算法34-39
• 3.3.1 基于应用感知的应用分类机制34-36
• 3.3.2 基于应用感知的仲裁策略36-39
• 3.4 性能评测39-43
• 3.4.1 评测方法39-40
• 3.4.2 实验环境40
• 3.4.3 结果分析40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 基于服务质量保障的异构片上网络拥塞控制算法44-60
• 4.1 单一结构网络的问题44-46
• 4.2 异构片上网络硬件设计46-49
• 4.2.1 混合片上网络结构设计47-48
• 4.2.2 路由器结构48-49
• 4.3 基于服务质量保障的异构片上网络拥塞控制算法49-52
• 4.3.1 设计思路49
• 4.3.2 应用分类机制49-50
• 4.3.3 基于异构网络的拥塞优化COP算法50-52
• 4.4 性能评测与分析52-58
• 4.4.1 评测方法52-53
• 4.4.2 性能和功耗分析53-55
• 4.4.3 可扩展性分析55-57
• 4.4.4 公平性分析57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 硕士期间取得的研究成果66-68
• 致谢68

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