多核處理器中最后一級共享高速緩存管理策略研究.pdf

1、隨著高性能處理器技術(shù)的發(fā)展，存儲墻問題為影響處理器系統(tǒng)性能的主要因素之一。處理器速度通常會比存儲器的訪問速度快兩個數(shù)量級，當代多核處理器廣泛采用基于大容量最后一級共享高速緩存的結(jié)構(gòu)來縮小這一差距。但是適用于小容量私有高速緩存的傳統(tǒng)管理策略并不適用于管理大容量最后一級共享高速緩存，它可能引起高速緩存缺失數(shù)的增加，觸發(fā)大量代價昂貴的片外存儲器訪問。其原因主要有以下兩點：首先，小容量私有高速緩存主要強調(diào)訪問速度，而最后一級高速緩存則強調(diào)盡可能

2、多地將數(shù)據(jù)保留在片內(nèi)，它更多地受制于片內(nèi)可用晶體管數(shù)量而對訪問速度的要求不高。其次，這兩種不同類型的高速緩存可見的數(shù)據(jù)訪問流局部性差別非常大。因此，一種能夠有效管理大容量最后一級共享高速緩存的管理策略對于當今高性能微處理器而言，顯得非常重要。本文重點分析了多核平臺下大容量共享最后一級高速緩存管理過程中存在的一些熱點研究問題，并提出相應(yīng)代價較小但是收效較大的解決方案以提高系統(tǒng)性能。本文的主要研究內(nèi)容與貢獻包括：
　　 1.消除低重

3、用塊和預(yù)測訪問間隔策略研究。傳統(tǒng)的LRU策略嚴重制約了大容量共享最后一級高速緩存的性能，解決這一問題的方法之一就是優(yōu)先淘汰低重用數(shù)據(jù)塊以縮小工作集，使得使用頻率較高的數(shù)據(jù)留在片內(nèi)，以獲得較高的命中率提高性能。本文設(shè)計了一種被稱之為低重用塊消除和重新訪問間隔預(yù)測管理策略。根據(jù)最后一級高速緩存中低重用塊占用資源時間較長這一特點，該策略通過感知最后一級高速緩存的上一級高速緩存的數(shù)據(jù)歷史訪問信息預(yù)測出低重用塊并將其優(yōu)先淘汰；并且通過改進的訪問間

4、隔預(yù)測技術(shù)預(yù)測出潛在的低重用塊并將其優(yōu)先淘汰。實驗表明，對于4核多核處理器而言，TADELRRIP可以將加權(quán)加速比平均提高9.14％.
　　 2.分治感知管理策略研究。由于不同負載在不同執(zhí)行時期存在不同訪存行為，單一高速緩存管理策略已經(jīng)無法滿足不同局部特性負載的性能需求。當并發(fā)執(zhí)行的線程間存在破壞性干擾時，最后一級高速緩存可能會產(chǎn)生大量的缺失，從而引起多核處理器系統(tǒng)整體性能的下降。本文提出了分治感知管理策略（TADC），該策略將