多核程序的靜態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測及確定性重演的研究.pdf

1、當今社會微電子技術發(fā)展迅猛,隨之而來的是片上多核處理器的廣泛應用。使得片上多核處理器充分發(fā)揮最大效能,目前最有效的編程方法就是多核編程。而由于多核程序執(zhí)行順序的不確定性,使多核編程和調試工面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因而分析多核程序執(zhí)行的不確定性給多核系統(tǒng)帶來的影響,研究去除多核程序執(zhí)行不確定性的方法,研究高效、快速的確定性重演機制對多核系統(tǒng)的發(fā)展和應用有著重大意義。
　　在最近幾十年中,多核程序執(zhí)行順序的不確定性這一研究領域吸引了很多國內

2、外的高校和研究機構的學者,對于這一領域的研究也獲得了豐碩成果。現(xiàn)有的確定性解決方案主要體現(xiàn)在以下幾個層面:設計開發(fā)支持確定性的并行編程語言或對已有的串行語言進行擴展;采用確定性重演策略,使得程序能夠重新回放;通過在編譯階段自動的檢查對共享內存的訪問,添加確定性約束,實現(xiàn)多核程序的確定性運行;通過在處理器中增加額外硬件或修改原有的結構,從體系結構級別實現(xiàn)多核程序執(zhí)行的確定性。本文致力于通過分析多核程序中導致執(zhí)行不確定性的主要原因——數(shù)據(jù)競

3、爭,從應用程序級來解決多核程序不確定性。
　　本文利用多核程序的靜態(tài)競爭檢測和確定性重演技術,從多核程序編程和調試的角度著手,設計了一種基于Locksmith和PinPlay的多核程序編寫和調試機制,在編寫時利用靜態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測方法檢查程序中可能存在數(shù)據(jù)競爭的位置并提示出來,以便程序開發(fā)人員進一步修改和完善程序;在調試程序時則利用動態(tài)插樁方法,根據(jù)初次執(zhí)行時記錄的日志信息控制線程執(zhí)行順序,從而實現(xiàn)對多核程序的確定性重演。其中,本研

4、究使用的靜態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測工具是Locksmith,使用的確定性重演工具是PinPlay。另外,本文在此基礎上還分析了多核程序的靜態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測產生誤報的原因,對靜態(tài)競爭檢測工具Locksmith提出了一種改進方案,削減了由于偽共享造成的誤報。
　　最后,本文介紹了實驗平臺的搭建,對Locksmith的改進前和改進后的方案進行了測試,對比了實驗結果,通過分析結果,驗證了本文提出的改進方案能使Locksmith在保證不漏報真正的數(shù)據(jù)競

5、爭的前提下,在一定程度上減少數(shù)據(jù)競爭誤報,提高精確度。另外,本文還對PinPlay的記錄和重演過程進行了仿真,通過實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),Locksmith進行靜態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測的時間要遠遠小于PinPlay進行記錄和確定性重演的時間,從而證明了在多核程序開發(fā)前期及時進行數(shù)據(jù)競爭檢測的重要性,這樣可以節(jié)省在程序調試時耗費的時間,幫多核程序開發(fā)人員節(jié)省更多精力。實驗證明,編程前期檢測數(shù)據(jù)競爭能有效避免競爭的發(fā)生,大大降低多核程序調試工作的難度,驗證了