事务存储系统：事务冲突与事务并行
发布时间：2021-12-10 10:51
随着微处理器技术的不断发展,传统的依靠提高主频和开发指令级并行来提高微处理器性能的方法已经不再可行,取而代之的是开发线程级并行的方法。目前多核多线程体系结构已经成为微处理器设计的主流,单芯片的并行度迅速提高,并行程序设计已经成为发挥微处理器性能的关键。然而,并行编程模型和并发控制模型的发展没有跟上微处理器高并行度的发展,并行程序设计依然是一项极具挑战性的工作。在这样的背景下,事务存储技术的提出为并行编程模型和并发控制模型的发展带来了新的机遇。事务存储技术借用数据库领域中“事务”的概念,将线程对共享资源的访问封装在事务之中,由事务存储系统确保事务执行的原子性和隔离性。基于事务的并行编程模型及并发控制模型具有无死锁、可组合、简单易用等优点,大大降低了并行程序设计的难度。因此,事务存储技术近年来受到学术界的广泛关注,已经成为并行计算领域的研究热点。本文以事务存储系统为研究对象,重点研究如何支持事务的充分并行以及影响事务并行的主要因素。本文的研究从以下四个方面展开:首先,本文将可能的事务并行模式划分为三个等级:线程间事务并行、线程内事务并行和嵌套事务并行。针对每个等级的事务并行模式,本文使用形...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 单芯片处理器的并行度不断提高
1.1.2 并行度的提高需要新型并行编程模型
1.1.3 并行度的提高需要新型并发控制模型
1.2 相关研究工作
1.2.1 事务存储技术的提出
1.2.2 事务的语义
1.2.3 事务存储系统的实现
1.2.4 事务存储系统的性能评估
1.2.5 事务存储系统性能分析模型
1.3 研究内容
1.3.1 事务并行与冲突处理
1.3.2 基于冲突图的事务存储系统设计
1.3.3 基于事务存储技术的程序并行化研究
1.3.4 基于马尔科夫链的硬件事务存储系统分析模型研究
1.4 本文的创新点
1.5 论文结构
第二章 事务并行与冲突处理
2.1 事务的并行级别
2.2 线程间事务并行
2.2.1 基础定义
2.2.2 顺序可序列化
2.2.3 强原子性
2.3 线程内事务并行
2.3.1 顺序可序列化
2.3.2 强原子性
2.4 嵌套事务并行
2.4.1 顺序可序列化
2.4.2 强原子性
2.5 小结
第三章 基于冲突图的事务存储系统设计
3.1 CGTM 系统概述
3.2 基于冲突图的并发控制协议
3.2.1 线程元数据
3.2.2 虚拟事务Cache
3.2.3 线程的初始化
3.2.4 冲突检测
3.2.5 提交确认（Validation）
3.2.6 事务的提交与中止
3.2.7 实现强原子性
3.3 CGTM 的硬件支持
3.3.1 寄存器组
3.3.2 指令集扩展
3.3.3 Cache 和目录
3.4 硬件支持的并发控制协议
3.4.1 硬件支持的含序冲突图维护
3.4.2 事务的提交/ 中止的详细过程
3.4.3 状态转换表
3.5 CGTM 的操作系统支持
3.5.1 线程的调度
3.5.2 事务相关的中断/ 异常处理
3.5.3 虚存管理
3.6 实验评测
3.6.1 模拟环境
3.6.2 性能对比分析
3.6.3 执行时间的构成分析
3.6.4 对网络延迟的敏感性分析
3.7 小结
第四章 基于事务存储技术的并行应用研究
4.1 实验配置
4.1.1 软硬件环境
4.1.2 应用程序选择
4.1.3 基本并行化策略
4.2 并行化实时视频人脸识别
4.2.1 算法简介
4.2.2 并行化
4.2.3 性能评测
4.3 并行化最大网络流算法
4.3.1 算法简介
4.3.2 并行化
4.3.3 性能评测
4.4 并行化Adaboost 机器学习
4.4.1 算法简介
4.4.2 并行化Adaboost 算法
4.4.3 性能测评
4.4.4 改变并发度
4.4.5 改变数据规模
4.5 小结
第五章 基于马尔科夫链的硬件事务存储系统性能分析
5.1 模型建立
5.1.1 假设与基础
5.1.2 硬件事务存储系统的描述
5.2 模型求解
5.2.1 若干统计量的表达式
5.2.2 pi 与qi 的求解
5.2.3 EE 型硬件事务存储系统
5.2.4 EL、LL 型硬件事务存储系统
5.2.5 主要性能评价指标的求解
5.3 模型验证与分析
5.3.1 写操作概率对性能的影响
5.3.2 冲突检测粒度对性能的影响
5.3.3 系统的可扩展性分析
5.4 小结
第六章 结束语
6.1 工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]HybridTCache:一种基于专用事务Cache的软硬件协同事务内存系统[J]. 王绍刚,吴丹,庞征斌,杨晓东. 计算机学报. 2008(11)
博士论文
[1]基于分离设计方法的硬件事务内存系统研究[D]. 王绍刚.国防科学技术大学 2009
本文编号：3532478
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 单芯片处理器的并行度不断提高
1.1.2 并行度的提高需要新型并行编程模型
1.1.3 并行度的提高需要新型并发控制模型
1.2 相关研究工作
1.2.1 事务存储技术的提出
1.2.2 事务的语义
1.2.3 事务存储系统的实现
1.2.4 事务存储系统的性能评估
1.2.5 事务存储系统性能分析模型
1.3 研究内容
1.3.1 事务并行与冲突处理
1.3.2 基于冲突图的事务存储系统设计
1.3.3 基于事务存储技术的程序并行化研究
1.3.4 基于马尔科夫链的硬件事务存储系统分析模型研究
1.4 本文的创新点
1.5 论文结构
第二章 事务并行与冲突处理
2.1 事务的并行级别
2.2 线程间事务并行
2.2.1 基础定义
2.2.2 顺序可序列化
2.2.3 强原子性
2.3 线程内事务并行
2.3.1 顺序可序列化
2.3.2 强原子性
2.4 嵌套事务并行
2.4.1 顺序可序列化
2.4.2 强原子性
2.5 小结
第三章 基于冲突图的事务存储系统设计
3.1 CGTM 系统概述
3.2 基于冲突图的并发控制协议
3.2.1 线程元数据
3.2.2 虚拟事务Cache
3.2.3 线程的初始化
3.2.4 冲突检测
3.2.5 提交确认（Validation）
3.2.6 事务的提交与中止
3.2.7 实现强原子性
3.3 CGTM 的硬件支持
3.3.1 寄存器组
3.3.2 指令集扩展
3.3.3 Cache 和目录
3.4 硬件支持的并发控制协议
3.4.1 硬件支持的含序冲突图维护
3.4.2 事务的提交/ 中止的详细过程
3.4.3 状态转换表
3.5 CGTM 的操作系统支持
3.5.1 线程的调度
3.5.2 事务相关的中断/ 异常处理
3.5.3 虚存管理
3.6 实验评测
3.6.1 模拟环境
3.6.2 性能对比分析
3.6.3 执行时间的构成分析
3.6.4 对网络延迟的敏感性分析
3.7 小结
第四章 基于事务存储技术的并行应用研究
4.1 实验配置
4.1.1 软硬件环境
4.1.2 应用程序选择
4.1.3 基本并行化策略
4.2 并行化实时视频人脸识别
4.2.1 算法简介
4.2.2 并行化
4.2.3 性能评测
4.3 并行化最大网络流算法
4.3.1 算法简介
4.3.2 并行化
4.3.3 性能评测
4.4 并行化Adaboost 机器学习
4.4.1 算法简介
4.4.2 并行化Adaboost 算法
4.4.3 性能测评
4.4.4 改变并发度
4.4.5 改变数据规模
4.5 小结
第五章 基于马尔科夫链的硬件事务存储系统性能分析
5.1 模型建立
5.1.1 假设与基础
5.1.2 硬件事务存储系统的描述
5.2 模型求解
5.2.1 若干统计量的表达式
5.2.2 pi 与qi 的求解
5.2.3 EE 型硬件事务存储系统
5.2.4 EL、LL 型硬件事务存储系统
5.2.5 主要性能评价指标的求解
5.3 模型验证与分析
5.3.1 写操作概率对性能的影响
5.3.2 冲突检测粒度对性能的影响
5.3.3 系统的可扩展性分析
5.4 小结
第六章 结束语
6.1 工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]HybridTCache:一种基于专用事务Cache的软硬件协同事务内存系统[J]. 王绍刚,吴丹,庞征斌,杨晓东. 计算机学报. 2008(11)
博士论文
[1]基于分离设计方法的硬件事务内存系统研究[D]. 王绍刚.国防科学技术大学 2009
本文编号：3532478
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3532478.html
