多线索环境下Cache替换及线索调度策略的研究

发布时间：2021-08-25 03:13

　　同时多线索SMT（Simultaneous Multithreading）体系结构在每个周期内允许有多条独立的线索发射指令。这样,处理器内部就存在有多个同时活跃着的上下文,它们每个周期都会竞争处理器中所有可以利用的资源。因此,同时多线索处理器能够大幅提高处理器的性能。然而,这些处理器中的硬件资源之间如何在多个线索之间分配,而多个线索之间又如何调度,以使得在尽可能小的硬件开销下,让处理器获得尽可能高的性能,就成为了一个需要研究的课题。本文详细研究了常见的SMT处理器中Cache资源所应用的Cache替换算法,以及取指功能部件中所应用的线索调度策略,从Cache替换算法以及线索调度算法这两个角度,提出了几种新的算法。提出了一种新的、专门面向多线索环境的Cache替换算法——Caducity算法。该算法在多线索条件下,Cache的缺失率相比单线索条件下的Random算法与LFU算法而言有较为明显的降低。本文还提出了两种新的线索调度算法——MEMCOUNT线索调度算法及PRECOUNT线索调度算法。前者可以获得比现有线索调度算法更高的IPC值,而后者可以获得比现有线索调度算法更高的IFQ（In... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

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Flynn提出的理想系统模型

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的线索切换开销要大，不过由于单条线索连续执行的时间较长，因而，索切换的开销要求也就不十分严格，其处理器的利用率可以表示为：busyswitchingidlebusyEfficiency++= （1-中 busy 为线索连续执行的时间，switching 为线索切换开销，idle 为处停滞时间。粗粒度多线索结构其追求的目标是尽量提高单结点处理器的利用率，发了指令流内部的并行度（细粒度结构主要是开发的指令流之间的并）。不过单指令流内部的并行度较为有限，而当系统中存在多个线索的，多个线索之间的平行度又没有得到足够的开发，这是这一结构本身所的问题。SPARCLE[21]处理器就是一个典型的粗粒度多线索处理器，它是基ARC 处理器实现的，其线索执行原理如图 1-2 所示。

动线索的现象仍旧制约着处理器利用率的进一步多个就绪线索时，线索间的并行度并没有得到充.3.3 同时多线索处理器同时多线索（Simultaneous Multi-Threading, S的一种多线索结构。前面两个多线索结构在同一索的指令，而同时多线索结构却可以在同一个周。因为同一线索内指令流的并行度有限，比如处在同一线索内找不到可以同时发射的四条指令，去另外的线索内找寻指令并发射。这进一步提高了同一指令流内的并行度，又开发了指令流之间现代超标量处理器能够发射多条指令和多线索体点，因此，这一结构很快得到了人们的青睐。当内部的控制逻辑更加复杂。图 1-3 就是一种 SM。图 1-4 展示了各种处理器结构中指令发射情况PC Fetch UnitInstruction


本文编号：3361275