多核系統(tǒng)減少內存干擾技術的研究.pdf

1、現(xiàn)代多核系統(tǒng)中，處理器性能與內存性能間的不均衡發(fā)展導致當前內存的存儲速度嚴重滯后于處理器的計算速度，從而形成“內存墻”?！皟却鎵Α眴栴}嚴重阻礙了多核處理器的性能發(fā)揮，一直是制約計算機整體性能的重要因素?，F(xiàn)代多核系統(tǒng)通常共享最后一級緩存(LLC)和DRAM主存，其中DRAM是很重要的共享資源。多核系統(tǒng)中，并發(fā)執(zhí)行的程序對共享資源的爭奪愈演愈烈，隨之帶來嚴重的線程間的內存干擾。線程間的內存干擾會降低DRAM內存系統(tǒng)的響應速度，進而拉大訪存延

2、遲，擴大處理器與內存之間在性能上的差距，使得“內存墻”問題越來越嚴重，從而導致系統(tǒng)性能和公平性下降。另外，線程間的內存干擾還會引發(fā)線程的優(yōu)先級反轉。如何減少內存干擾已經成為學術界和工業(yè)界所關心的熱點問題。
　　本文以減小內存干擾，提高系統(tǒng)性能、公平性為目標，結合操作系統(tǒng)和體系結構理論，從操作系統(tǒng)角度提出一種通過減少內存干擾提高系統(tǒng)性能的軟件解決方案——PseudoShare框架。PseudoShare框架充分利用DRAM性能優(yōu)化的

3、原則，在保證DRAM Bank并行性的前提下劃分DRAM Bank，將來自不同核上線程的訪存請求映射到專屬的內存Bank組上，從而減少不同核上的線程在DRAM Bank上的Row Buffer沖突，即減少線程間的內存干擾，提高系統(tǒng)整體性能。本文主要工作如下：
　　(1)本文詳細分析了程序性能與Bank并行性之間的關系，得出結論：程序對Bank數(shù)量的需求是有限的，所以可以給每個程序分配Bank時只分配給它所需要的Bank數(shù)，滿足它的

4、容量需求，保證Bank并行性。
　　(2)本文提出了內存感知的頁分配策略BAPA。這是一種新的內存分配算法，與當前操作系統(tǒng)默認的頁分配策略不同的是BAPA能感知到DRAM Bank的存在，注重于在保證Bank并行性的前提下減少內存沖突。該策略的核心思想為DRAM Bank劃分機制，避免了原有算法對資源分配的盲目性，從而減小線程間在DRAM Bank上的內存干擾。
　　(3)本文提出了頁分配與組調度融合的PseudoShare

5、框架，劃分線程和內存成線程組和內存組，每個線程組運行在一個CPU核心上，且占用一個內存組，形成一個獨立子系統(tǒng)。然后進行內存帶寬劃分，消除因共享內存帶寬帶來的性能和公平性下降。實驗結果表明，PseudoShare在4核/8核平臺下都提高了系統(tǒng)整體性能和公平性，并平均降低了5.3％的功耗。
　　(4)本文采用純軟件的方式解決內存干擾問題，在Linux內核中實現(xiàn)了PseudoShare框架，無需更改硬件，從而避免修改復雜硬件邏輯帶來的時