CPU-GPU異構(gòu)多核虛擬執(zhí)行環(huán)境框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近幾年來，擁有著強(qiáng)大并行處理能力的GPU（Graphic Process Unit）得到了飛速的發(fā)展，從而也使得CPU/GPU的架構(gòu)越來越流行。目前除了使用顯式的編程方法比如NVIDIA提供的CUDA（Compute Unified Device Architecture）以及AMD的Stream SDK外，我們并無(wú)其它方式來挖掘GPU的并行處理能力。
　　然而在使用顯式編程的過程中我們也會(huì)碰到重寫源代碼的耗時(shí)問題跟二進(jìn)制不兼容性

2、問題。一方面，當(dāng)前有著很多的計(jì)算型密集型程序是采用C、C++或其它高級(jí)編程語(yǔ)言編寫，而這些應(yīng)用如果想要使用GPU的并行處理能力來縮短程序的執(zhí)行時(shí)間，那么采用顯式編程的方式來修改或是重寫整個(gè)源代碼是不可避免的，而更為糟糕的是有些時(shí)候我們根本拿不到程序的源代碼；另一方面，即使這些應(yīng)用的源代碼按要求被重寫后也會(huì)產(chǎn)生二進(jìn)制不兼容性問題：一個(gè)在顯式編程環(huán)境下編譯的可執(zhí)行程序在不同廠商，哪怕是同一廠商的不同型號(hào)GPU上將無(wú)法或無(wú)法正常運(yùn)行。

3、　　為了解決重寫源代碼的耗時(shí)跟二進(jìn)制不兼容性問題，本文的研究目的是通過擴(kuò)展自主研發(fā)的多源多目標(biāo)的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)Crossbit來提供一種虛擬執(zhí)行環(huán)境，既能有效地解決重寫源代碼的問題，亦能自動(dòng)地使用GPU的強(qiáng)大并行處理能力，最終使得部分的計(jì)算密集型應(yīng)用獲得5-8倍的性能提升。其原理是通過靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的二進(jìn)制分析技術(shù)從二進(jìn)制文件中提取潛在的可并行代碼，然后通過多面體模型分析將那些沒有數(shù)據(jù)依賴的可并行代碼并將其放到GPU上加速，最終將執(zhí)行結(jié)

4、果拷貝到主存的相應(yīng)位置，而那些不可以放到GPU上執(zhí)行的部分則采用正常的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯執(zhí)行。由于計(jì)算密集型應(yīng)用的大部分時(shí)間用于計(jì)算，因而GPU的加速性能使得這些應(yīng)用的整體性能得到了很大的提升。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和意義在于：1）提出一種適合于計(jì)算密集型應(yīng)用的虛擬執(zhí)行環(huán)境，有效地屏蔽了使用顯式編程去重寫源代碼來使用GPU的問題；2）利用二進(jìn)制分析技術(shù)與多面體模型提取二進(jìn)制可執(zhí)行程序中的可并行部分，為之后的GPU加載并執(zhí)行這些可并行部