多核體系結(jié)構(gòu)通信機(jī)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(dòng)了多核技術(shù)的迅猛發(fā)展，然而，諸如通訊延遲、存儲(chǔ)墻、資源競(jìng)爭(zhēng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)問題。
　　多核體系結(jié)構(gòu)下，對(duì)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(yùn)行的前提下，通過協(xié)調(diào)應(yīng)用先后執(zhí)行順序及對(duì)應(yīng)用的處理器核的分配，以達(dá)到減少甚至避免對(duì)共享資源的爭(zhēng)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(jìn)MPI(Message Passing Interface)庫;2.針對(duì)于特定網(wǎng)絡(luò)連接（如mesh網(wǎng)絡(luò)）的改進(jìn);3.使用更高效的進(jìn)程映射算法。綜合考慮通用性與可行性，本文從第三點(diǎn)進(jìn)行研究，針對(duì)兩種不同的多核平臺(tái)，分別提出新的進(jìn)程映射與調(diào)度算法。
　　(1)對(duì)于運(yùn)行周期任務(wù)的嵌入式多核平臺(tái)，提出一種基于進(jìn)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(shí)長最長的通信型任務(wù)TRmx和依賴其的所有計(jì)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(jìn)而對(duì)于后續(xù)每個(gè)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(shí)間。該算法的本質(zhì)是使不同周期內(nèi)計(jì)算型任務(wù)與通信型任務(wù)覆蓋執(zhí)行，達(dá)到類似于流水線的效果，縮短了調(diào)度長度和程序運(yùn)行時(shí)間。
　　(2)對(duì)于NUMA系統(tǒng)，本文建立核間通信時(shí)間模型，針對(duì)該模型得出影響核間通信效率的多個(gè)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(shí)驗(yàn)量化分析出各因素對(duì)于核間通信時(shí)間的影響程度，并根據(jù)系統(tǒng)中多個(gè)結(jié)點(diǎn)(node)間通信造成對(duì)有限網(wǎng)絡(luò)接口爭(zhēng)用的情況，對(duì)每個(gè)結(jié)點(diǎn)上可同時(shí)運(yùn)行的進(jìn)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(duì)于NUMA體系結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化的進(jìn)程映射算法，并分析該算法的正確性與高效性。
　　本文進(jìn)行多組對(duì)比試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，結(jié)果顯示，文中提出的兩種不同平臺(tái)上的調(diào)度算法較常用算法