基于缓存一致性协议的高可靠性扩展研究

发布时间：2017-06-12 13:05

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【摘要】：在现代的多处理器芯片中,由恶意攻击和系统错误引发的软错误现象越来越常见,尤其对云存储服务器中的大型、多层缓存系统而言更是如此。在此背景下,如何提升数据可靠性已经成为多处理器系统中的热点问题之一。特别地,在双控制器存储服务器中,如何保证缓存同步过程中的数据一致性是其中最重要的技术难点之一本研究为了提升系统可靠性,设计了M状态和S状态冗余的MSR缓存,既可以用于软错误发生之后的数据修复,还可以减少访问下一级存储的频率,从而减少读写延迟,改善系统性能。基于Multi2Sim模拟器的实验结果表明,上述缓存设计可以极大地提高系统数据可靠性。除此之外,该缓存设计还可以减少数据修复的平均延迟,并且只占用了L2缓存20.2%的能源消耗以及2%的芯片空间占用率。同时,针对传统的双机容错系统中的数据一致性问题,通过改进一致性协议,分别同步目录项和数据信息,可以实现数据不丢失。尽管本研究已经证明了MSR缓存是可行的,但是它的效率依然需要进一步提高。在下一步研究中,需要针对如何提升MSR缓存的效率进行更深入的研究。
【关键词】：缓存一致性协议 软错误 冗余错误修复
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 软错误11-12
• 1.1.2 缓存结构12-14
• 1.1.3 处理器中的缓存可靠性14-15
• 1.2 研究意义15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.4 本论文的主要研究内容17-19
• 1.4.1 问题描述17
• 1.4.2 研究方法17
• 1.4.3 论文结构安排17-19
• 第2章 相关研究综述19-27
• 2.1 存储体系结构19-20
• 2.2 缓存研究20-22
• 2.2.1 缓存存在的必要性20
• 2.2.2 缓存管理技术20-22
• 2.2.3 缓存预取技术22
• 2.3 错误检查和纠正(ECC)22-24
• 2.3.1 软错误22-23
• 2.3.2 ECC校验码技术23
• 2.3.3 软错误注入技术23-24
• 2.4 冗余容错技术24-27
• 2.4.1 微处理器的可靠性问题24-25
• 2.4.2 冗余容错技术25-27
• 第3章 面向多核MOESI一致性协议的扩展研究27-38
• 3.1 缓存结构27
• 3.2 缓存一致性协议及其扩展27-29
• 3.3 缓存内容与一致性保持29-30
• 3.4 MSR缓存的MOESI协议扩展30-31
• 3.5 错误修正过程31-32
• 3.6 实验与分析32-38
• 3.6.1 实验环境32-33
• 3.6.2 能源消耗与占用空间33-34
• 3.6.3 M和S命中率34-35
• 3.6.4 有效占用率35
• 3.6.5 综合性能分析35-38
• 第4章 面向双控存储服务器的一致性协议扩展研究38-54
• 4.1 双控制器服务器38
• 4.2 双控系统方案38-40
• 4.2.1 双控整机连接38-39
• 4.2.2 硬件实现方案39-40
• 4.3 缓存一致性协议及其扩展40-50
• 4.3.1 总体设计思路40-41
• 4.3.2 状态机41-43
• 4.3.3 读写流程43-50
• 4.4 实验与分析50-54
• 4.4.1 搭建验证平台50-51
• 4.4.2 结果分析51-54
• 第5章 结论54-55
• 参考文献55-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间完成论文情况64-65
• 攻读学位期间参与科研项目情况65-66
• 学位论文评阅及答辩情况表66

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