基于SMP的線程輕化相關研究.pdf

1、約50年的并行計算歷程中，從處理機內部指令集并行到集群尺度上的并行，都在現(xiàn)有計算能力的基礎上，極大的開發(fā)了計算的潛能。隨著線程應用日益廣泛，體系結構、編譯技術、編程模型、線程庫等層面都在朝向更高并行度、更細并行粒度方向發(fā)展。同時，對網(wǎng)絡信息服務類海量并發(fā)細粒度應用而言，利用傳統(tǒng)線程不能如期獲得SMP上的加速，而隨著CMP和SMT的進展，線程開銷的優(yōu)化更是提上了日程。為此，本文圍繞優(yōu)于傳統(tǒng)Posix線程的合適的調度粒度和相應高效低開銷的調

2、度切換技術展開討論，以提高細粒度并行下資源的有效利用率。主要工作如下：基于pthread線程全面分析與開銷測試，實驗定量分析出pthread線程微秒級開銷下同步粒度與多處理機上性能加速的關系：在相當于線程切換開銷十倍量級的同步粒度下，執(zhí)行流在多處理機上很難獲得有效的性能提高，進而指出細粒度并行性能一定程度上受制于線程自身開銷的問題。 針對細粒度并行線程開銷敏感問題，提出了資源自封閉體和主動調度機制，設計并開發(fā)了獨立于操作系統(tǒng)

3、的高效低開銷調度模塊。該調度模塊兼顧核心級線程真正并行、用戶級線程開銷小的優(yōu)點，可根據(jù)應用特征進行用戶級調度，有效地減少了調度和切換開銷，可高效實現(xiàn)每秒十萬次級別的切換頻度。初步達成線程粒度和切換開銷的輕化，克服了細粒度并行應用在多處理機上利用標準線程無法有效獲得加速的弊端。此外，該調度模塊實現(xiàn)不改變操作系統(tǒng)核心的情況下有效利用多處理機，可廣泛適用于此類相關度不大的細粒度并行應用。 進一步，利用資源自封閉體的構造和該調度模塊

4、成功改善了并行模擬器SandFox的實際性能，獲得了較標準線程庫pthread實現(xiàn)而言幾倍的提高。對于建立的高密度訪問Web服務器模型，由于在微秒級同步粒度情況下，有至少30％以上的開銷浪費于調度切換，應用輕化手段后如期獲得CPU有效利用率的大幅提高。從而為網(wǎng)絡信息服務類海量并發(fā)細粒度應用的性能提高研究提供了新的解決思路。另外，本文還分析了Linpack、NPB等常用并行應用，試圖為線程輕化作應用特征準備。作為輔助分析，編寫了誤差精度在