SMP体系结构中的一种Cache协议

讨论了SMP体系结构中Cache一致性问题，并在进一步分析的基础上提出了一种Cache协议算法。

基于伪临界值的Cache一致性协议验证方法

针对Cache一致性协议状态空间爆炸问题,提出共享集合伪临界值(Pseudo-cutoff)的概念,并以采用释放一致性模型的CC-NUMA系统为例,分析了共享数据的分布情况,推导出在一定条件下共享集合伪临界值为4的结论,有效优化了目录Cache协议状态空间,并提出了解决小概率的宽共享事件的方法。实验数据表明,基于伪临界值的协议模型优化,能够有效缩小Cache协议状态空间,加快验证速度,扩大验证规模。

基于目录的Cache一致性协议的可扩展性研究

基于CC-NUMA结构的DSM多处理器系统是大规模高性能并行计算机的一个实现方式,由于比监听协议具有更好的扩展性,系统多采用基于目录的Cache一致性协议。但是,随着系统规模的不断扩大,目录协议同样面临着可扩展性的问题。本文在分析影响目录协议可扩展性因素的基础上,对当前比较典型的几种目录组织形式从存储开销方面进行了讨论,最后提出了基于目录Cache的两级目录组织方案。

模型检测MESIF Cache一致性协议

在处理器从单核向多核演进的过程中,为了获得更好的性能和可扩展性,适用于多核处理器系统的Cache一致性协议变得越来越复杂。Cache一致性协议的验证一直是模型检测在工业界主要应用之一,被工业界和学术界关注。相对传统方法而言,微结构级的模型检测能够描述和验证更多的协议细节。利用NuSMV工具对Intel公司的MESIF Cache一致性协议进行模型检测在微结构层次上进行了建模,并对该协议进行模型检测,试验结果证明了此方法的有效性。

Cache一致性及其协议

本文对 Ｃａｃｈｅ一致性问题作了进一步探讨，介绍一混合 Ｓｎｏｏｐｙ Ｃａｃｈｅ协议即 Ｍｏｄｉｆｉｅｄ－Ｋｅｉｏ协议，并对其进行分析和比较。

适用于多核环境的混合Cache一致性协议

提出一种适用于多核环境的混合Cache一致性协议。该协议采用混合值传播策略,引入小容量目录D-Cache,克服传统监听一致性协议发送数据请求时盲目广播的缺点,通过数据块状态的扩展,有效避免乒乓现象的发生。仿真实验结果表明,该协议能减少测试程序的运行时间,降低多核处理器私有L1 Cache的失效率,提高系统性能。

一种带偏置的基于相关性分析的Cache一致性协议验证方法

Cache一致性协议作为CC-NUMA系统的硬件基础,在CC-NUMA系统的设计过程中占有举足轻重的地位。对于复杂的CC-NUMA系统,由于其Cache一致性协议十分复杂,通常难以进行形式化验证,而常规的伪随机模拟又存在验证效率低下的问题。本文提出了一种对复杂CC-NUMA系统中Cache一致性协议进行模拟验证的方法。该方法通过对验证覆盖目标进行相关性分析,使用偏置技术对传统伪随机模拟验证方法进行了改进。实际验证结果表明,改进后的方法使得模拟验证覆盖率的增长速率有了明显提高。

一种基于自更新的简单高效Cache一致性协议

随着片上多处理器系统核数的增加,当前一致性协议上存在的许多问题使共享存储系统复杂而低效.目前一些一致性协议极其复杂,例如MESI(modified exclusive shared or invalid)协议,存在众多的中间状态和竞争.并且这些协议还会导致额外失效通信,以及大量记录共享信息的目录存储开销(目录协议)或广播消息的网络开销(监听协议).对数据无竞争的程序实现了一种简单高效一致性协议VISU(valid/invalid states based on self-updating),这种协议基于自更新操作(self-updating)、只包含2个稳定状态(valid/invalid).所设计的两状态VISU协议消除了目录和间接事务.首先基于并行编程的数据无竞争(data race free, DRF)模型,采用在同步点进行自更新共享数据来保证正确性.其次利用动态识别私有和共享数据的技术,提出了对私有数据进行写回、对共享数据进行写直达的方案.对于私有数据,简单的写回策略能够简化不必要的片上通信.在L1 cache中,对于共享数据的写直达方式能确保LLC(last level cache)中数据最新从而消除了几乎所有的一致性状态.实现的VISU协议开销低、不需要目录、没有间接传输和众多的一致性状态,且更加容易验证,同时获得了与MESI目录协议几乎相当甚至更优的性能.

用于多核同步优化的cache一致性协议设计

通过对多核同步过程中的访存行为进行分析,提出了一种识别同步类型的方法,并设计了一种实现同步优化的新的cache一致性协议。该协议增加了一个用于记录同步信息的cache状态,通过阻塞的方式可以让多个处理器核串行地完成同步操作,保证同步操作中原子指令能够顺利执行成功,从而大大减少由多核同步冲突引发的访存请求数量,将多核同步过程中的访存行为优化到了几乎最好的情况。实验结果表明,通过同步优化,这个新的cache一致性协议能够使多核同步的性能提升到接近最理想的结果。实验表明,相比传统的cache一致性协议,实验中采用的几个标准多核性能测试程序优化后的同步性能提升了1倍,而并行程序整体运行时间降低25%。

一种基于广播的cache一致性协议的设计和验证

在全互联的网络结构下,提出了一种基于广播的cache一致性协议的详细设计,使请求传输不再像目录协议中的那样,经过第三方中转,而是直接发给所有节点,由最新拥有副本者给出响应。对协议进行了分析证明,并建立了模型,通过模型检测工具NuSMV验证了协议的正确性。

基于SystemC的Cache一致性协议描述与验证

FLSAH SCI协议作为Cache一致性协议的一种,具有灵活性、高效性和适应性强等特点,是目前最具发展潜力的Cache一致性协议之一。该协议在继承标准SCI协议低存储开销、维护精确共享信息等优点的同时对标准SCI协议进行优化,得到更为高效、灵活的FLASH SCI协议。本文用SystemC高层次语言对FLASH SCI协议进行建模与描述,并验证其正确性。模拟结果证明了FLASH SCI协议的正确性以及其在存储开销和执行效率上的优越性。

用于减少远程Cache访问延迟的最后一次写访问预测方法

为减少远程Cache访问延迟,提高共享存储系统的性能,提出了一种新的基于程序内在写突发特性的最后一次写访问预测方法,并对一个具体的目录协议进行了改造,以支持该预测方法。通过预测Cache块的最后一次写访问并提前对其进行降级,处理器能直接从主存中读取数据,从而减少了远程Cache访问所需的一个网络跳步数。与当前基于指令的预测方法相比,该方法能极大减少存储开销。基准测试程序的评测结果表明,该方法能获得83.1%的预测准确率,并且能提高8.57%的程序执行性能,同时与基于指令的预测方法相比,该方法能分别减少历史踪迹表69%的存储开销和签名表36%的存储开销。

基于多级一致性协议的多核处理器WCET分析方法

由于多核处理器优越的计算性能,多核处理器现已广泛应用在嵌入式实时系统中.相对于单核处理器,多核处理器存在资源共享竞争、并行任务干扰等因素,尤其是缓存(Cache)一致性问题,导致任务最坏情况执行时间(worst-case execution time,WCET)的预测更加困难.基于以上因素,提出基于多级一致性协议的多核处理器WCET分析方法.该方法针对多级一致性协议体系架构,提出多级一致性域的概念,将多核处理器的数据访问分为域内访问和跨域访问2个层次,根据Cache读写策略和MESI(modify exclusive shared invalid)一致性协议,得出一致性域内部和跨一致性域的Cache状态更新函数,从而实现多级一致性协议嵌套情况下的WCET分析.实验结果表明,在改变Cache配置参数的情况下,该方法分析结果与GEM5仿真结果的变化趋势一致,经过相关性分析,GEM5仿真结果与该方法分析结果相关性系数不低于0.98;在分析精度方面,该方法的平均过估计率为1.30,相比现有方法降低了0.78.

众核处理器cache一致性研究综述

以瓦片结构众核处理器一致性协议的设计为主线,综述了国内外近年来关于众核处理器cache一致性的相关研究;介绍了不同NUCA结构对一致性协议的影响;分析和对比了几种传统目录一致性协议的特性及其存在的问题;归纳了最新几个面向众核结构一致性协议的设计思想和特性。最后为设计具备应用程序适应性和可扩展性的cache一致性协议指出了几个关键的设计方向。

数据库安全协议研究与实现

鉴于Cache数据库多种访问方式,利用Antlr语法产生工具完成Cache对象脚本语法和SQL脚本语法向中间表示语言的转换以便于设置统一的审计规则。该系统的主要功能包括Cache协议分析和Cache对象脚本语法转换等。在实现过程中用人工方法编写和收集大量测试用例,确定了协议分析模块能够起到对Cache数据库进行安全审计的作用。

参数化系统二维抽象框架

针对参数化系统状态空间爆炸问题提出了一个通用的参数化系统二维抽象框架TDA。对所有进程单独进行抽象,利用参数化系统的设计思想,隐藏系统参数构建全系统的抽象模型,最大限度地剔除了原始系统中的冗余信息。建立的具有真并发语义的参数化系统的形式化模型,更适合描述一般意义上的并发系统,较好地解决了验证大规模同构和异构系统的空间激增问题。理论推导和实例均证实了TDA的正确性和合理性。

一种新型高效共享的并行I/O系统

如何有效地解决I/O瓶颈问题,一直是高性能并行计算机有待解决的关键技术。该文提出了一种高效共享的并行I/O系统——HPPIO,该系统基于CC-NUMA并行系统结构,采用了一系列高效共享、并行I/O技术。该文对其分布与集中相结合的高效共享并行I/O系统结构、基于PCI Express的高性能I/O控制器设计等进行了介绍。

主动网络对分布式应用性能的提高

随着计算机技术的发展和网络的推广 ,分布式应用成为发展的趋势 .针对主动协议对分布式应用性能的提高进行探讨 ,从而提出对cache等主动协议的要求 。

支持线程级猜测的存储体系结构设计

在线程级猜测中进行数据依赖相关检测时,存在Cache一致性协议无法容忍线程切换引起的Cache块替换等问题。为此,通过分析推测线程数据管理模型,结合推测线程切概率低的特点,提出一种分布-共享式恢复缓冲区结构。该结构在进行Cache一致性检验时结合作废向量和版本优先级寄存器进行数据依赖检测,利用L2 Cache进行推测数据缓冲和恢复以支持推测线程切换。修改SESC模拟器以验证和评估该存储体系结构。实验结果表明,在保持模拟器理想加速比的情况下,该存储体系结构可以较好地支持推测线程切换。

放松的存储一致性模型

讨论了在分布共享存储系统中对严格一致性模型在不同程度上进了行放松的各种存储一致性模型,并介绍了实现一致性模型的Cache一致性协议.