CMP架构下的共享Cache动态划分

论文摘要

伴随着硬件技术的飞速发展,片上多核处理器成为当前微处理器发展的主流,但随之而来的就是多核之间共享Cache的访问污染问题。针对这一问题,众多研究集中于对共享二级Cache进行动态划分,通过动态划分为多线程分配专属的Cache空间,从而避免应用进程间的相互干扰。当前比较有代表性的划分方法主要从基于处理器性能、基于应用公平性以及基于服务质量的角度出发进行Cache划分。本文使用新的Cache划分度量维度,以基于公平性与IPC的复合标准为目标函数,避免了片面追求处理器性能可能导致的部分线程长期等待甚至饿死的情况,同时可以在保证各应用公平性的基础上较大幅度的提升系统的整体性能。实验结果表明：进行Cache划分是行之有效的解决Cache污染的方式,与传统的LRU替换策略相比,使用基于IPC和公平性的共享Cache动态划分方法（I-F CP）可获得22.26%的系统吞吐率提升和21.18%的加权加速比改进。与基于效用度的划分方法（UCP）相比,I-F CP尽管损失2.01%的系统吞吐率,但可以获得1.67倍的公平性提升；与基于系统公平性的划分方法（FCP）相比,I-F CP可获得8.06%的系统吞吐率改善和5.70%的加权加速比提升。

论文目录

• 提要
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 多核处理器成为主流
• 1.1.2 Cache成为多核处理器性能的主要桎梏
• 1.1.3 解决Cache问题的主要办法
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 基于性能的Cache划分
• 1.2.2 基于公平性的Cache划分
• 1.2.3 基于QoS的Cache划分
• 1.3 本文结构
• 第2章 共享Cache动态划分的主要算法
• 2.1 Cache污染
• 2.2 栈距离剖析
• 2.3 基于效用度的共享Cache划分
• 2.3.1 系统结构支持
• 2.3.2 效用度监控器
• 2.3.3 UCP动态划分算法
• 2.4 基于IPC的共享Cache划分
• 2.4.1 失效率监控器
• 2.4.2 IPC划分函数模型
• 2.4.3 基于IPC的动态划分算法
• 2.5 基于公平性的共享Cache划分
• 2.5.1 公平性度量模型
• 2.5.2 基于公平性的动态划分算法
• 2.6 面向多线程多道程序的加权共享Cache划分
• 2.6.1 系统结构框架
• 2.6.2 面向多线程多道程序的失效率监控器
• 2.6.3 面向多线程多道程序的加权共享Cache划分目标函数
• 2.6.4 面向多线程多道程序的加权共享Cache划分算法
• 2.7 小结
• 第3章 基于IPC与公平性的共享Cache划分
• 3.1 系统结构支持
• 3.2 Cache访存监控器
• 3.3 I-F划分模型
• 3.4 I-F划分算法研究
• 3.4.1 I-F划分的贪婪算法
• 3.4.2 I-F划分的前瞻算法
• 3.4.3 I-F划分算法的时间复杂性分析
• 3.5 Cache划分的实现
• 3.5.1 软件实现
• 3.5.2 硬件实现
• 3.6 小结
• 第4章 仿真结果
• 4.1 仿真平台
• 4.2 测试用例
• 4.3 度量标准
• 4.3.1 系统吞吐率
• 4.3.2 加权加速比
• 4.3.3 系统公平性
• 4.4 仿真结果
• 4.4.1 系统吞吐率
• 4.4.2 加权加速比
• 4.4.3 系统公平性
• 4.5 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢