多核环境cache——一致性协议研究.doc

哈尔滨工程大学硕士学位论文多核环境 Cache-- 一致性协议研究姓名:杨鹏飞申请学位级别:硕士专业:计算机应用技术指导教师:李静梅 20110317 摘随着商业应用和科学计算对计算能力要求的不断提高,传统的单核处理器已经不能够满足各类应用对计算能力的要求,多核处理器应运而生。多核处理器与单核处理器相比,具有容易获得高主频、功耗低、通信延迟低等优点,但是同样存在着应用限制和技其中基于监听的???恢滦孕?楹突?谀柯嫉腃??一致性协议是研究的重点。研究结果表明,研究人员根据处理器体系结构对一致性协议的合理改进可以有效提高系统的器及其存储系统的相关内容、引出???恢滦孕?樯杓频闹匾 P 浴T谘芯緾??工作原理、读写策略的基础上,新协议设计中将克服???古蚁窒竽扇隒??一致性协议设计的优化方向。本文在分析了现有监听协议和目录协议原理和运行机制的基础上,得出了现有协议在多核处理器上应用的存储开销、系统资源浪费等限制,提出了一种基于?瓹??的混合写无效和写更新策略的???恢滦孕?椤! ????。在???协议中,将传统监听协议发送数据请求的流程改进为源端—?. ??卜目的端的点对点通信方式。?瓹??具有目录功能,为一致性事务寻址和集中控制提供支持。同时,为避合,对应于两个副本之间的写操作,采用写更新方式;两个副本之外、三个或三个以上副本的写操作,采用写无效方式。计中写传播和写串行化等条件要求,同时通过??多核模拟器对协议进行了性能测试。测试结果表明,新协议降低了????腃??失效率,同时降低了测试程序的运行时间,提高了系统的性能。????????????????????—??????????????????????????????????瓸??????.??????????????????甌????琭?????????????????????????????????????????????????????????????????????甈???????琫?. ???????????????????????????甌??琾???????????????????. ???????????????????????????????????琾????????????????????, ?????????????????????瑄???????????瑄??????????. ??????琩??????????琾????????????????, ?????????????簃??—???????籆???????籹?????课题的背景与意义现今社会,计算能力已经被认为是经济和社会发展的驱动力之一。按照摩尔定律的描述,每?个月单芯片上集成的晶体管会增加一倍。在过去的几十年中,伴随着集成电路工艺的出现和发展,微处理器制造工艺和体系结构迅速发展,而且限于应用程序的设计和问题规模,计算机能够完成赋予其的大部分使命和任务,因此微处理器在社会生活的各个角落得到了广泛和快速地应用,与之对应,广泛地应用也推动了对高性能处理器的需求,促使提升处理器计算能力的技术不断涌现,这其中最常见的途径是提升处理器的频率。但是随着处理器频率的不断提升,也带来了一些难以兼顾的问题,如功耗的增长,并且对应于处理器频率的增长,功耗是以直线型的趋势进行增长。诸如此类的问题严重影响了处理器性能的提升,造成了处理器功耗与摩尔定律的对称偏差,而多核技随着集成电路工艺与技术的深入发展,处理器的结构已经发生了重大地变化,对于计算能力的提升要求也使得处理器内核数由单内核向多内核转变。在最近几年中,商用计算设备对于多核处理器的需求使得多核技术以极高地速度向前发展。多核处理器在一个芯片内集成了两个或者两个以上的“执行内核”,通过利用其并行计算的特性,来提理器设计和生产厂商已经纷纷将多核作为其产品设计的主要方向,并且多核处理器越来越多地应用到普通?和笔记本电脑中。随着多核技术的发展,多核处理器必将逐步地应用到日常生活用到的各种移动终端和电子设备中。在近几年的研究和生产中,无论是学术界还是处理器生产巨头,都在多核处理器体系结构的研究上投注了巨大的心力。同时,针对高性能多核处理器的研究也成为处理器研究的热点。随着多核处理器时代的到来,多核处理器不止日渐应用到大型机构、公司、企业的服务器和工作站,一些满足高性能且低功耗的多核处理器也逐步普及到了人们日常生活中普遍用到的计算和通信设备中。随着用户对多核处理器性能需求的不断提高, 如何有效协调多核处理器的运行过程,不断稳步提升处理器性能成为了一个需要不断完善地课题,其中如何实现处理器多个内核之间的有效通信和相互协作、如何设计和完善多核处理器任务调度算法和如何实现多核处理器下的高效存储体系都是这个课题中的重点研究方向。目前,内存速度的提升正以一个稳定的态势进行,但还是无法与