基于硬件签名的循环式内存竞争记录算法

多核程序的执行存在不确定性,内存竞争记录是实现多核程序确定性重演的关键技术.针对现有内存竞争记录机制记录日志较大、重演速度受限等问题,提出了一种新型的循环式点到点内存竞争记录算法.该算法用当前发生序表示内存冲突,用硬件签名实现冲突检测,无需修改原有的cache结构;引入冲突方向检测机制,约减连续同向的当前发生序,记录循环发生序到内存竞争日志.该算法中,内存竞争日志中所记录的任意两线程间的内存竞争呈循环状,大大减少了冗余,并用增量计数器优化循环发生序,更大程度上减小了内存竞争日志.仿真结果表明该算法能够在引入较少硬件资源的前提下有效地减小内存竞争日志.同时,内存竞争日志也具有较好的可扩展性.

基于滑动窗口的多核程序数据竞争硬件检测算法

数据竞争是引起多核程序发生并发错误的主要原因。针对现有基于硬件的happens-before数据竞争检测方法硬件开销大的问题,提出了一种轻量级的内存竞争硬件检测算法,该算法利用滑动窗口技术动态检测程序执行过程中发生的距离较近、更易引发并发错误的数据竞争。考虑竞争距离的大小,将并发线程片段细分为加锁并发竞争域和包含线程近期执行序列的未加锁并发竞争域,用一对交替移动的可重写滑动窗口保存未加锁并发竞争域内的内存操作指令,用一个大小可变的可重写滑动窗口保存加锁并发竞争域内的内存操作指令,当来自远程的共享访问与窗口内的内存访问发生冲突时,检测到数据竞争。在硬件实现结构中,仅为每个处理器核添加3对较小尺寸的硬件签名寄存器来保存并发竞争域内的数据地址,无需更改原有的cache一致性协议,带来的带宽开销低,能够快速地检测多核程序并发执行过程中发生的动态数据竞争,为多核程序开发和生产运行阶段的并发错误诊断提供有效的指导信息。