面向多核系统的高性能硬件事务存储的优化研究

发布时间：2020-06-03 18:21

【摘要】：多核处理器的出现,让单线程应用移植到并发的多线程应用变得容易起来。多核之间有效同步问题是并行计算的一个挑战。在过去,锁作为多线程同步的一种主要的机制,但使用锁的系统很容易导致较多的错误出现和较差的扩展性。大量多核处理器出现以后,事务存储作为一种替代锁同步的并行编程模型被提出。事务存储可以在访问共享内存时保持自身的原子性。 从实现方式看,有三种事务存储系统分别是软件、硬件和混合事务存储系统。相对于其它的实现方式硬件事务存储具有强原子性和高性能的优点因而是本文的研究重点。和其它实现方式一样在硬件事务存储系统中也会因共享存储发生事务冲突,引起系统性能降低甚至死锁。尤其是在实际设计中,常常使用了容量受限的签名,会让事务冲突加剧。所以还存在着许多问题亟待解决,为此本文提出了一些解决机制。 问题之一是使用的事务退避时间模式单一固定,没有根据系统运行时的冲突程度动态的调整。根据监测运行时的系统信息,本文提出了自适应事务退避机制,根据事务冲突程度调整事务退避时间的长度。该机制通过观测在前后两个采样时的放弃阶段的时间比例的变化和有用事务的时间比例的变化,自适应地调节当前放弃事务采用的退避时间长度,从而使退避时间和冲突程度联系起来,解决了退避时间模式过于单一的问题,减少了执行时间的开销。实验数据表明,带有自适应退避机制的系统执行时间减少,退避时间会随着系统中的冲突的程度的改变而变化。 问题之二是如何选择放弃的事务,尽可能的节省已有的工作同时满足其他事务对于资源的需求。本文提出了基于EnemyQue队列的事务放弃机制,根据事务的竞争事务的个数来确定放弃事务的选择顺序。这种机制通过将每个事务和它申请资源冲突的事务设为竞争事务并统计竞争事务的个数,在放弃事务时优先选择竞争事务个数多的事务放弃,让更多的事务收益于它释放的资源。实验数据表明,采用EnemyQue事务放弃机制后系统的性能得到提高,避免了不必要的已有的工作的损失。 问题之三是如何选择重新启动的事务。事务的重新启动操作通常由事务退避时间来确定,如果退避时间用完,即使它所需要的共享资源仍被其他的事务占用也不得不重新启动,从而给系统引入了新的事务冲突。本文提出了基于即时通知的事务重启机制,在事务完成提交或者放弃以后释放占有的资源并通知和它竞争同一资源的竞争事务重启。这样就使事务的重新启动避免了盲目性。实验数据表明,采用即时通知重新启动机制的系统的加速比增加,避免了退避时间点和重新启动时间点的不一致性造成的系统性能的下降。并将该机制应用在EL和LL系统中,相应的系统也有性能的提升。
【图文】：

- 20 -图 2-1 多核系统结构Fig. 2-1 CMP System统模型是多核系统，见 图 2-1。这个多核系统的存储器用于片上网络的链接[87]。同时也模拟了一级缓存控。处理器核心和一级缓存控制器链接，，这个控制器还存控制器相连。所有的高速缓存都是写回式的以及使式。没有限制在缓存中查找的宽度。缓存控制器的行述的使用硬件签名为冲突检测提供方便[88]。模拟器GEM的硬件签名和受限的硬件签名。无限大的硬件签名可生的读写操作，通过记录访问的存储地址来为冲突检测设计的实现方面，这种签名是在目前的工艺技术下是不限的硬件签名，也就是签名的大小不是无限大，多半

图 5-1 事务生命周期内的状态转换图Fig. 5-1 State transition diagram for a transaction’s lifetimeyQue队列的事务放弃机制描述的带有自适应事务退避机制和基于EnemyQue队列的事务起。需要说明的是：由于在本文使用的实验平台中，除了一个测事务冲突并执行全局冲突管理的操作之外，其它的处理器核应的关系，因此对于事务的放弃操作在实际的操作过程中就会核心的放弃操作。基于EnemyQue队列的事务放弃机制的全局冲操作步骤如下（参见 图 5-2）：务性能监测器中完成三个操作：理器核心的事务状态标志位中读取出每个核心所处在的事务阶样区间内处于停顿阶段、放弃阶段和退避阶段的处理器核心的务阶段的正在执行的事务个数），并将它们分别保存到 SAB 计和 C中。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP332;TP338.6

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 王恒娜;浅析访问局部性原理在Cache存储系统中的作用[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年01期

2 王一宾,韩承双;计算机体系结构与软件体系结构[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年01期

3 吴丽征;基于网络的负载均衡机制的研究及在分布式邮件系统中的应用[J];常州信息职业技术学院学报;2003年04期

4 崔军,祁志民;高考报名数据处理系统[J];电脑开发与应用;2002年12期

5 朱怡健,吴强,杨全胜;简单高性能微处理器的设计[J];电气电子教学学报;2004年02期

6 薛骏,潘江涛,杨军;基于ARM7TDMI的cache控制器电路[J];电子工程师;2004年12期

7 郭朝华,李华旺,陈浩,刘海涛,杨根庆;一种并行存储器系统的FPGA实现[J];电子技术应用;2000年07期

8 高三红,吕勇,刘国胜;计算机体系结构发展趋势分析[J];飞行器测控学报;2003年02期

9 焦锋,刘群,邢文建;客户机/服务器下的数据缓存技术[J];辽宁工程技术大学学报;2005年02期

10 刘晓平;王恩柱;郑利平;卫兴武;;可视化并行程序开发平台的设计与实现[J];工程图学学报;2007年01期

相关会议论文 前6条

1 薛笑荣;赵荣椿;张艳宁;曾琪明;;一种并行的SAR图像边缘检测方法[A];2005年信息与通信领域博士后学术会议论文集[C];2005年

2 姜咏江;;内存分块并行计算机研究[A];2005年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集[C];2005年

3 范培勤;笪良龙;过武宏;;WKBZ简正波方法的并行实现[A];2006年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集（一）[C];2006年

4 武艳强;江在森;杨国华;;最小二乘配置方法在提取GPS时间序列信息中的应用[A];GPS技术应用研究论文专辑[C];2007年

5 耿江东;薛正辉;高本庆;;应用并行GTD算法计算阵列天线近场受扰[A];第17届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2007年

6 高林杰;隽志才;倪安宁;;交通并行仿真系统框架设计与实现[A];第一届中国智能交通年会论文集[C];2005年

相关博士学位论文 前10条

1 姜晶菲;可重构密码处理结构的研究与设计[D];国防科学技术大学;2004年

2 倪晓强;通用并行向量密码处理器研究[D];国防科学技术大学;2005年

3 葛培明;改进的遗传算法及其在工程优化中的应用[D];西南交通大学;2006年

4 曾清红;无网格数值模拟的并行算法及并行实现研究[D];中国科学技术大学;2006年

5 郭荣祥;基于VEGA网格的Dixon结式分布式计算[D];中国科学院研究生院（成都计算机应用研究所）;2006年

6 黄海林;高可靠处理器体系结构研究[D];中国科学院研究生院（计算技术研究所）;2006年

7 高林杰;交通网络动态路径求解并行仿真算法研究与实现[D];吉林大学;2006年

8 段然;嵌入式可重构DSP体系结构研究[D];西北工业大学;2005年

9 杨华;片上多线程体系结构资源分配策略的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

10 孙宏元;基于HPC的多分辨空间信息应用基础平台关键技术研究[D];西安电子科技大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 郭朝华;多处理器并行的星上计算机系统设计[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年

2 何敏;CATV VOD系统中视频服务器的研究[D];辽宁工程技术大学;2001年

3 李启鹏;飞机配电系统智能总线控制器的研究设计[D];西北工业大学;2001年

4 张凯;CX-1小卫星塔架测试系统原理样机的研制[D];中国科学院上海冶金研究所;2001年

5 龚惠民;视频解码系统设计[D];浙江大学;2002年

6 初忠;新型自动化机舱实验室监测系统的研究[D];大连海事大学;2001年

7 王晓蕾;采用RSA算法的加密芯片设计[D];合肥工业大学;2002年

8 陈曙东;USB移动硬盘驱动系统设计与开发[D];西南交通大学;2002年

9 程建华;基于VxWorks的惯性导航系统软件设计[D];哈尔滨工程大学;2002年

10 林袁;实时视频编解码系统加速策略研究[D];浙江大学;2003年

本文编号：2695210