多核體系結(jié)構(gòu)通信機制的研究與優(yōu)化.pdf

1、多核體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用帶動了多核技術(shù)的迅猛發(fā)展，然而，諸如通訊延遲、存儲墻、資源競爭等問題嚴(yán)重影響多核處理器性能的發(fā)揮。其中，提高多核間通信效率是提升多核系統(tǒng)性能的重要途徑，也成為近年來計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中研究的熱點問題。
　　多核體系結(jié)構(gòu)下，對核間通信研究的本質(zhì)是如何在保證系統(tǒng)中各應(yīng)用正常運行的前提下，通過協(xié)調(diào)應(yīng)用先后執(zhí)行順序及對應(yīng)用的處理器核的分配，以達到減少甚至避免對共享資源的爭用，最終提高多核系統(tǒng)效率。
　　當(dāng)

2、前，業(yè)界已經(jīng)提出了多種策略提高核間通信效率，主要包括以下三方面:1.改進MPI(Message Passing Interface)庫;2.針對于特定網(wǎng)絡(luò)連接（如mesh網(wǎng)絡(luò)）的改進;3.使用更高效的進程映射算法。綜合考慮通用性與可行性，本文從第三點進行研究，針對兩種不同的多核平臺，分別提出新的進程映射與調(diào)度算法。
　　(1)對于運行周期任務(wù)的嵌入式多核平臺，提出一種基于進程映射和部分任務(wù)預(yù)先調(diào)度的算法。該算法引入流水線思想，通過

3、找出占用總線時長最長的通信型任務(wù)TRmx和依賴其的所有計算型任務(wù)，預(yù)先調(diào)度從開始任務(wù)T1到最長通信型任務(wù)（TRmx）之間的所有任務(wù)，進而對于后續(xù)每個周期，所有依賴于TRm的任務(wù)在執(zhí)行前所需的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，消除了等待時間。該算法的本質(zhì)是使不同周期內(nèi)計算型任務(wù)與通信型任務(wù)覆蓋執(zhí)行，達到類似于流水線的效果，縮短了調(diào)度長度和程序運行時間。
　　(2)對于NUMA系統(tǒng)，本文建立核間通信時間模型，針對該模型得出影響核間通信效率的多個因素:

4、消息長度、消息發(fā)送速率、網(wǎng)絡(luò)接口利用率等。通過實驗量化分析出各因素對于核間通信時間的影響程度，并根據(jù)系統(tǒng)中多個結(jié)點(node)間通信造成對有限網(wǎng)絡(luò)接口爭用的情況，對每個結(jié)點上可同時運行的進程數(shù)目設(shè)定閩值。文中綜合以上影響通信效率的各基本規(guī)則并結(jié)合閾值思想，對于NUMA體系結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化的進程映射算法，并分析該算法的正確性與高效性。
　　本文進行多組對比試驗，并對數(shù)據(jù)進行深入分析，結(jié)果顯示，文中提出的兩種不同平臺上的調(diào)度算法較常用算法