CMP結(jié)構(gòu)下基于Cache感知線程級(jí)并行優(yōu)化研究.pdf

1、多核時(shí)代的到來(lái)，處理器的運(yùn)算能力得到了很大的提升.但由于處理器和主存之間的發(fā)展速度的不均衡，“存儲(chǔ)墻”的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，成為影響系統(tǒng)性能的瓶頸。在多核體系結(jié)構(gòu)下，多級(jí)存儲(chǔ)器的出現(xiàn)緩解了這種壓力。
　　在典型的CMP(Chip Muti-Processors)體系結(jié)構(gòu)中，多個(gè)核共享Cache，不但改善了存儲(chǔ)的性能，而且減小了硬件的使用面積。但在此結(jié)構(gòu)下，由于Cache空間小，多個(gè)線程共享Cache，將會(huì)造成對(duì)Cache空間的競(jìng)爭(zhēng)，使

2、得共享線程的Cache缺失數(shù)增加，對(duì)系統(tǒng)的性能是非常不利的。本文的主要工作如下:
　　(1) Cache缺失數(shù)是衡量系統(tǒng)訪存性能的重要指標(biāo)，為了有效的利用Cache空間，本文通過(guò)收集各個(gè)線程的訪存信息，使得共享線程的Cache空間的需求總和與共享Cache的空間大小相等并合理的劃分線程組，在此問(wèn)題上本文首先將線程的劃分模型抽象為求解子集和的問(wèn)題，并用快速求解子集和的方法求解子集，將其運(yùn)用到本文的線程優(yōu)化劃分算法TOP(Thread

3、 Optimization Partition)中，獲得優(yōu)化的線程組，減少Cache的缺失數(shù)。最后通過(guò)simple-scalar仿真工具收集線程的數(shù)據(jù)信息，執(zhí)行本文的劃分算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的線程劃分的優(yōu)化算法(TOP)在程序的總的缺失數(shù)百分比相比貪婪的線程劃分算法greedy平均減少了17.48％，相比于隨機(jī)的線程劃分算法Random平均減少了14.26％。
　　(2)在已劃分的線程組的基礎(chǔ)上，分析線程上的數(shù)據(jù)在程序執(zhí)行

4、時(shí)訪存信息，建立數(shù)據(jù)分配的執(zhí)行模型，通過(guò)一個(gè)實(shí)例分析并定義本文多核的數(shù)據(jù)分配問(wèn)題，以此來(lái)描述線程上的數(shù)據(jù)優(yōu)化分配，通過(guò)本文提出的多核結(jié)構(gòu)下貪婪數(shù)據(jù)分配算法(M_GDA)和多核的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法M_DPA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分配，使得同時(shí)執(zhí)行的線程的訪存時(shí)間最短，減小程序執(zhí)行時(shí)訪存時(shí)間。最后在本文的數(shù)據(jù)分配優(yōu)化模擬器上運(yùn)行了10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的benchmark測(cè)試程序來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)多核的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法(M DPA)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分配后的訪存