多核环境下基于L2 Cache的目录一致性协议的研究

发布时间：2021-11-03 21:23

　　随着处理器制造工艺的不断进步以及实际应用需要,多核结构已经成为当前高性能微处理器的发展趋势。然而,与此同时也带来了一些在单处理器结构中没有出现过的问题,在多核处理器系统中出现的Cache一致性问题是当今计算机体系结构中研究的热点问题。当前处理器性能的提高幅度远高于存储器的发展速度,然而,在传统的多核处理器系统中为保证Cache一致性,数据块的一致性信息一般都以目录的方式存放在内存中,这样,当某个内核需要对某一共享数据块进行读写操作时,都需要到内存中查找或修改目录信息,这无疑增加了处理器内核的访存延迟,而较长的访存延迟大大的限制了系统的性能。本文对多核环境下的高速缓存的工作原理、基本结构及Cache一致性协议的工作原理等进行了较为深入的研究的基础上,提出了一种L2 Cache模型的设计,将传统的L2 Cache分成两部分,即DLDI与FDI部分,其中DLDI部分除了存储本地内核最近访问的数据外,还额外存储了这些数据块的目录信息,而FDI部分存储的是从DLDI部分替换出去的数据块的目录信息,这样当内核需要查找或改变某个数据块的目录信息时,可以直接访问L2 Cache,从而减少处理器的访存延... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景与意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 相关研究介绍
        1.3.1 高速缓存一致性协议概述
        1.3.2 微处理器发展概述
        1.3.3 存储模型一致性
    1.4 论文的主要工作
    1.5 论文的组织
第2章 Cache 一致性协议
    2.1 Cache 一致性协议的分类
        2.1.1 基于目录的Cache 一致性协议
        2.1.2 基于监听的Cache 一致性协议
        2.1.3 基于Token 的Cache 一致性协议
        2.1.4 三种Cache 一致性协议的区别
    2.2 Cache 一致性协议工作原理
        2.2.1 Cache 行状态
        2.2.2 Cache 行状态之间的转换
    2.3 高速缓存不一致性问题的主要原因
        2.3.1 共享可写数据的不一致性
        2.3.2 I/O 操作导致的不一致性
        2.3.3 进程迁移的不一致性
    2.4 提高Cache 一致性协议性能的方法
    2.5 本章小结
第3章 高速缓冲存储器(Cache)的研究
    3.1 Cache 的工作原理
    3.2 Cache 的基本结构
        3.2.1 存储层次组织
        3.2.2 Cache 的内部结构
    3.3 Cache 读写策略
        3.3.1 Cache 写策略
        3.3.2 Cache 读策略
    3.4 替换算法
    3.5 本章小结
第4章 L2 Cache 模型的设计及目录协议的改进
    4.1 L2 Cache 模型的设计
        4.1.1 DLDI 部分的设计
        4.1.2 FDI 部分的设计
        4.1.3 与传统目录信息存储方式的访存比较
    4.2 基于目录的Cache 一致性协议的改进
        4.2.1 传统的目录协议的工作原理
        4.2.2 对目录协议的改进
        4.2.3 如何替换目录信息
    4.3 本章小结
第5章 模拟结果及分析
    5.1 评测方法
    5.2 多核模拟器的选择
        5.2.1 多核模拟器介绍
        5.2.2 GEMS 模拟器组成和结构
    5.3 模拟过程及结果分析
        5.3.1 设置模拟参数
        5.3.2 测试结果及结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3474365