面向多核结构的软件事务存储系统冲突管理技术研究与实现

发布时间：2020-11-13 20:08

　　 多核处理器的快速发展在不断提升处理性能的同时,也给软件设计带来了更多的挑战和问题,主要体现在多核架构上使用锁和同步变量来实现同步具有很大局限性,如何为程序员提供更加便利的编程模型和语言,如何使多核资源得到充分利用等成为关注的重点。事务存储是近年兴起的一种采用事务的方法改善并发程序可编程性的编程模型。按实现方式可分为软件事务存储和硬件事务存储。软件事务存储系统因其可以在现有硬件基础上实现并且能够对事务提供更灵活的如嵌套、回退等支持而越来越成为研究的重点。 本文主要针对软件事务存储系统的冲突管理技术进行了分析与研究,在分析了事务的冲突管理机制的基础上提出了相应的冲突管理策略并设计和实现了SMCM冲突管理器。冲突管理主要分为冲突检测和冲突裁决两部分。为了实现冲突的检测,提出了采用位图映射和链表相结合的方式实现事务和对象关联的机制,减小了系统开销和缓存占用过大造成的缓存不中。本文通过对冲突的分析发现读-写冲突在读事务能够早提交的情况下可以避免冲突的发生,对读-写晚检测可以避免“伪”冲突的发生。本文现提出了分类冲突检测法,对读-写冲突晚检测以提高事务的潜在并行性。对其它注定会发生的冲突采用早检测减少系统资源的浪费。在冲突裁决中提出事务特征描述策略,在冲突裁决中最主要的是引入了混合优先级的思想,通过收集事务在执行阶段的具体特征,在事务的各种行为中设置触发器,通过触发器对优先级进行赋值,行为主要包括读操作、写操作、优先级继承和最后一次尝试获取次数,当冲突发生时以事务的优先级作为冲突裁决的依据。最后设计和实现了SMCM冲突管理器并对其算法和步骤进行了详细描述。 最后使用4种典型应用程序测试和分析了系统的性能。测试结果表明,本文设计实现的冲突管理器在大多数情况下都保持了较好的性能,特别是链表和位图结构的测试中取得了很大性能提升。
【学位单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP333
【文章目录】：
图目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
        1.1.1 多核技术的发展
        1.1.2 并行程序设计难题
        1.1.3 并行编程模型
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的主要研究内容及贡献
    1.4 论文的结构安排
第二章 软件事务存储
    2.1 事务存储
    2.2 软件事务存储（STM）
        2.2.1 软件事务存储的分类
        2.2.2 软件事务存储中的事务的执行过程
        2.2.3 软件事务存储系统的关键技术
    2.3 RSTM 系统分析
        2.3.1 RSTM 元数据结构分析
        2.3.2 系统操作原语分析
        2.3.3 RSTM 运行流程
        2.3.4 RSTM 读/写操作
    2.4 本章小结
第三章 冲突管理研究
    3.1 事务存储的并发性控制
    3.2 冲突管理的研究
        3.2.1 冲突的分类
        3.2.2 冲突管理分析
        3.2.3 冲突检测时机
        3.2.4 事务与对象的关联
        3.2.5 冲突检测和冲突的容忍
    3.3 冲突裁决研究
        3.3.1 冲突裁决设计考虑
        3.3.2 冲突裁决时机
        3.3.3 现有冲突裁决策略分析
    3.4 本章小结
第四章 SMCM 冲突管理器的设计与实现
    4.1 设计考虑
    4.2 设计目标
    4.3 SMCM 冲突管理器结构与流程
    4.4 冲突检测器的设计与实现
        4.4.1 冲突检测器整体思想及其考虑
        4.4.2 冲突检测器数据结构
        4.4.3 冲突检测器工作实现
    4.5 冲突裁决器的设计与实现
        4.5.1 设计思想及考虑
        4.5.2 二进制指数回退算法
        4.5.3 冲突裁决算法及其实现步骤
    4.6 本章小结
第五章 测试与性能分析
    5.1 测试平台
    5.2 测试程序简介
    5.3 典型测试程序特点分析
    5.4 SMCM 冲突管理器在不同基准程序上的评测
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 下一步工作展望
参考文献
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
致谢

【参考文献】

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1 张小强;彭林;彭元喜;谢伦国;;一种基于目录的软件事务性内存实现算法[J];计算机研究与发展;2008年09期

2 何裕南;安虹;郭锐;梁博;;OpenCMP:一个支持事务存储模型的多核处理器模拟器[J];计算机科学;2007年01期

本文编号：2882583