片上多核處理器末級Cache優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、隨著制造工藝和體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，片上多核處理器上集成的處理器核數(shù)目急劇增加，給片上存儲系統(tǒng)帶來越來越大的壓力。當(dāng)前大部分多核處理器均采用大容量的末級Cache結(jié)構(gòu)來緩解“存儲墻”問題。如何有效地組織和優(yōu)化多核處理器的末級 Cache已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點。針對這個問題，本文深入研究了當(dāng)前主要的一些末級 Cache優(yōu)化技術(shù)，提出了一些新的方法和技術(shù)。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴提出了一種信息塊的控制復(fù)制（CR）策略。信息塊的復(fù)制技

2、術(shù)是一種降低大容量 Cache片上訪問延遲的重要方法，但是目前大部分塊復(fù)制技術(shù)要么沒有考慮復(fù)制的有效性，要么實現(xiàn)比較復(fù)雜。本文提出的CR策略通過控制信息塊在Cache中進行復(fù)制的時機，減少了不必要的復(fù)制操作，提高了Cache空間的使用效率，大大降低了片外訪存的幾率，提高了系統(tǒng)性能。
　?、铺岢隽嘶谒接性O(shè)計的分布式Cache劃分（DCP）方法。大容量末級Cache主要有兩種組織方式：私有設(shè)計和共享設(shè)計。目前大部分 Cache劃分方

3、法都是針對共享設(shè)計而言的，但是，當(dāng)多個私有Cache采用一些方法實現(xiàn)共享以后，同樣存在空間劃分的問題。DCP方法采用一種分布式一致性引擎將多個私有Cache變成一個邏輯上共享的Cache，在這之上按照每個應(yīng)用程序?qū)ache空間的利用率來劃分空間，提高了Cache空間的使用效率。
　　⑶提出了一種訪存時間最優(yōu)Cache劃分（OMTP）方法。為了提高系統(tǒng)吞吐率，目前的大部分 Cache劃分方法都是以失效率作為基本的優(yōu)化目標(biāo)。但是，由

4、于存儲級并行（MLP）現(xiàn)象的存在，失效率最優(yōu)并不能代表實際性能最優(yōu)。OMTP方法將應(yīng)用程序訪存特征與平均失效開銷同時納入考慮，將多個程序在占用不同路數(shù)時失效率的變化情況跟每個應(yīng)用的平均 MLP失效開銷一起作為劃分的依據(jù)，按照每個應(yīng)用在訪存時間上對Cache空間的使用效率來進行劃分，進一步提高了劃分的性能。
　?、忍岢隽艘环N易飽應(yīng)用優(yōu)先的公平 Cache劃分（FCPP）方法。當(dāng)前大部分Cache劃分方法都以提高系統(tǒng)吞吐率作為優(yōu)化目標(biāo)

5、，而忽略了對Cache系統(tǒng)公平性的考慮，而有些劃分方法以 Cache系統(tǒng)的公平性為研究目標(biāo)，但又忽略了系統(tǒng)吞吐率方面的考慮。本文通過研究發(fā)現(xiàn)，有一種應(yīng)用程序只需要很少的Cache空間，就可以滿足其對訪存的需求，將這一類應(yīng)用稱之為“易飽”應(yīng)用。在動態(tài)給同時執(zhí)行的多個應(yīng)用程序劃分空間時，優(yōu)先滿足這些易飽應(yīng)用程序。然后在其余的應(yīng)用程序之間公平劃分Cache空間。跟已有的公平Cache劃分方法相比，F(xiàn)CPP方法在不損害公平性的情況下，較大提高了