NUMA感知的同步機(jī)制研究.pdf

1、NUMA(nonuniform memory-access)架構(gòu)的非一致性存儲(chǔ)訪問特性、緩存的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)一致性問題加劇了線程同步的開銷，而同步開銷會(huì)嚴(yán)重影響并行應(yīng)用的性能，因此設(shè)計(jì)高效率的NUMA感知的同步方法對(duì)于提高需要大量同步操作的并行應(yīng)用來說很有意義。
　　在分析NUMA架構(gòu)下緩存數(shù)據(jù)訪問特性的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)分散訪問模式的R-Synch同步方法，以及針對(duì)固定訪問模式的H-STA同步方法。R-Synch使用首尾動(dòng)態(tài)變化

2、的鏈表來存儲(chǔ)線程的同步請(qǐng)求，未獲得鎖的線程在本地緩存中自旋，直到請(qǐng)求被執(zhí)行或者成為服務(wù)者線程然后開始執(zhí)行同步請(qǐng)求。使用前向搜索和回溯的策略來指導(dǎo)線程在緩存層次的數(shù)據(jù)訪問行為，服務(wù)者線程在完成任務(wù)后，將沿著請(qǐng)求鏈表向前搜索，尋找來自宿主NUMA結(jié)點(diǎn)內(nèi)的線程，如果找到則指定其為新的服務(wù)者線程并告知該線程服務(wù)請(qǐng)求時(shí)的回溯位置。H-STA總體上使用分層鎖設(shè)計(jì)方案，結(jié)點(diǎn)內(nèi)的線程競爭局部鎖，競爭失敗者在本地自旋，成功者競爭全局鎖，獲得全局鎖的線程開

3、始遍歷對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求緩沖區(qū)并執(zhí)行請(qǐng)求。在H-STA中，通過集中化臨界區(qū)的設(shè)計(jì)方案，臨界區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)可以在足夠長的時(shí)間內(nèi)駐留在線程的私有緩存里，因此獲得訪問共享數(shù)據(jù)權(quán)限的線程連續(xù)處理多個(gè)同步請(qǐng)求，增加了私有緩存命中率，減少了跨NUMA結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸而引起的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)引用。
　　實(shí)驗(yàn)表明所提出的方法能夠有效解決NUMA架構(gòu)下的數(shù)據(jù)一致性問題，降低了線程間通信開銷和臨界區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)訪問的開銷。單位時(shí)間內(nèi)該方法所能夠處理的同步請(qǐng)求的數(shù)量超過現(xiàn)有文獻(xiàn)中