末級高速緩存性能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩158頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、現(xiàn)代處理器普遍采用多級層次化高速緩存結(jié)構(gòu)以來彌補(bǔ)處理器和存儲器之間不斷擴(kuò)大的性能差距。與指令和數(shù)據(jù)分離的一級高速緩存設(shè)計不同,共享的末級高速緩存受內(nèi)層高速緩存的過濾作用,導(dǎo)致訪問末級高速緩存的數(shù)據(jù)局部性相對較差。因此,通常面向傳統(tǒng)的小容量私有一級高速緩存的管理策略難以有效利用末級高速緩存空間,嚴(yán)重影響處理器訪存性能的提升。對末級高速緩存進(jìn)行有效管理,減少末級高速緩存失效對于提高系統(tǒng)整體性能具有重要的意義。
  操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)分配物理

2、內(nèi)存,建立虛實地址映射關(guān)系。通過修改物理頁框分配策略可以影響末級高速緩存中的數(shù)據(jù)布局,優(yōu)化數(shù)據(jù)的局部性,減少末級高速緩存失效。同基于硬件設(shè)計和編譯技術(shù)的傳統(tǒng)末級高速緩存優(yōu)化策略相比,上述方法具有硬件改動小、應(yīng)用透明等優(yōu)點(diǎn)。然而,現(xiàn)有操作系統(tǒng)設(shè)計并沒有充分考慮末級高速緩存優(yōu)化,缺乏控制和管理末級高速緩存的有效手段。本文分別從操作系統(tǒng)內(nèi)存管理策略設(shè)計和軟硬件協(xié)同末級高速緩存設(shè)計兩個方面,展開面向末級高速緩存的性能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究,主要研究工

3、作和成果包括如下:
  1.提出了一種降低末級高速緩存污染的分區(qū)域軟件劃分方法。局部性差數(shù)據(jù)進(jìn)入到末級高速緩存后可能會將經(jīng)常被訪問到的數(shù)據(jù)替換出去,產(chǎn)生末級高速緩存污染問題。該方法采用基于訪存蹤跡的局部性剖視反饋機(jī)制,檢測并發(fā)現(xiàn)訪存密集型程序內(nèi)局部性差的污染數(shù)據(jù)區(qū)域;并通過修改操作系統(tǒng)物理頁框分配策略,將污染數(shù)據(jù)集合分配到較小的末級高速緩存空間中。采用該方法可以在末級高速緩存中保護(hù)局部性良好的數(shù)據(jù),提高末級高速緩存命中率。實驗結(jié)果

4、表明同現(xiàn)有Linux操作系統(tǒng)相比,采用本方法后末級高速緩存每千行指令失效數(shù)MPKI平均減少15.23%,程序性能平均提高了7.01%。
  2.提出了一種將進(jìn)程間劃分和污染區(qū)域隔離相結(jié)合的多核處理器共享末級高速緩存優(yōu)化方法。并發(fā)進(jìn)程數(shù)據(jù)以及進(jìn)程內(nèi)不同數(shù)據(jù)區(qū)域會相互搶占多核處理器共享末級高速緩存空間,產(chǎn)生嚴(yán)重的共享末級高速緩存數(shù)據(jù)訪問沖突。該方法檢測并發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程序在不同共享末級高速緩存配置下的污染數(shù)據(jù)區(qū)域分布,并在末級高速緩存中設(shè)置

5、全局污染緩沖區(qū)集中映射各個并發(fā)進(jìn)程內(nèi)部污染數(shù)據(jù)區(qū)域。該方法可以在進(jìn)程間劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高多核處理器多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行環(huán)境下共享末級高速緩存利用率。實驗結(jié)果表明,同現(xiàn)有Linux操作系統(tǒng)和進(jìn)程間劃分方法RapidMRC相比,采用該方法后多核系統(tǒng)的整體性能分別提高了26.31%和5.86%。
  3.提出了一種輕量級硬件支持的頁粒度軟件控制末級高速緩存插入策略。由于記錄的訪存信息有限,單純基于硬件實現(xiàn)的末級高速緩存管理策略難以識別程序

6、內(nèi)不同數(shù)據(jù)區(qū)域的訪存行為,無法有效檢測并定位局部性差的污染數(shù)據(jù)。該方法利用現(xiàn)有處理器頁表項保留位設(shè)計末級高速緩存插入策略軟件控制接口;同時,在剖視信息的指導(dǎo)下以頁為單位控制污染區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)入末級高速緩存的插入位置。該方法具有較小的硬件開銷,可以在采用錦標(biāo)賽機(jī)制的硬件插入策略的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低末級高速緩存污染,提高處理器訪存性能。實驗結(jié)果表明,同現(xiàn)有的LRU、DIP和DRRIP方法相比,采用該方法后末級高速緩存MPKI平均降低了14.33%

7、、9.68%和6.24%;處理器平均性能分別提高了8.3%、6.23%和4.24%。
  4.提出了一種面向虛擬地址區(qū)域的軟硬件協(xié)同末級高速緩存管理策略。在程序運(yùn)行過程中,連續(xù)的虛擬地址區(qū)域中的數(shù)據(jù)往往被映射到分散的物理頁框中?,F(xiàn)有末級高速緩存性能監(jiān)視器難以統(tǒng)計這種數(shù)據(jù)分布的情況,無法為運(yùn)行時刻優(yōu)化方案提供指導(dǎo)。該方法首先設(shè)計了一種面向虛擬地址空間的末級高速緩存分區(qū)域性能監(jiān)視器,用于在線記錄程序內(nèi)不同數(shù)據(jù)區(qū)域的末級高速緩存訪問信息

8、;其次,設(shè)計了一種分區(qū)域性能監(jiān)視器支持的在線剖視分析方法,在運(yùn)行時刻了解程序內(nèi)不同數(shù)據(jù)區(qū)域的訪存行為和局部性特征;最后,設(shè)計了末級高速緩存軟件控制接口。操作系統(tǒng)在剖視信息的指導(dǎo)下,根據(jù)每個數(shù)據(jù)區(qū)域的訪存行為,為不同數(shù)據(jù)區(qū)域配置合理的旁路和插入策略。采用該方法可以在不顯著增加硬件開銷的前提下,有效提高末級高速緩存利用率。實驗結(jié)果表明,與現(xiàn)有的LRU、DIP和DRRIP方法相比,采用本方法后處理器平均性能分別提高了8.05%、5.94%和4

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論