多核处理器核间通信技术研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文多核处理器核间通信技术研究姓名：杨国芳申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：李静梅20110317 多核处理器核问通信技术研究摘要随着半导体制造工艺的不断进步以及单核处理器暴露出来的许多局限，多核处理器成为应用需求和技术发展的必然产物。伴随着多核处理器的出现，也随之带来了一些问题，其中的核间通信技术就是当今计算机体系结构中研究的热点问题。该结构适合于异构多核处理器。本文首先介绍了核间通信的发展现状、多核处理器的引入以及多核处理器的分类。随后对进程的概念、进程间通信的工作原理以及进

2、程间主要的三种通信方式进行了较为深入研究的基础上，针对目前已有两种通信结构的优缺点，提出了一种基于任务分类的同，将所处理的任务分成控制任务和计算任务，同时将多核分成计算核和控制核两类。其中，控制核的功能主要是控制计算机系统，处理服务器应用程序以及�痮存取；计算核的功能主要是计算和处理大量数据，例如多媒体数据处理，数据库数据处理，科学计算等。利用内核的亲和性，将要处理应用程序的�疧部分由控制核处理，而计算部分则由计算核来处理，两种处理核同时运行，来处理应用程序。同时，根据多核处理器之间通信的不同需求，基于该模型提出了

3、三种不同的通信通道，包括：核与核之间通信、控制核与加设备通信、计算核与�疧设备通信。最后，利用多核模拟器软件��，对系统进行了测试。实验结果证明，本文提出的基于任务分类的核间通信模型，减少了核与核之间的通信延迟，提高了多核处理器的性能。关键词：多核处理器；核间通信；通信延迟；�� 多核处理器核间通信技术研究�������������������������瑀�����������������������������������������．�������������瑃������������������������

4、��瑃����������������������������������������������甌������������������������������������，������������������琧�������．��������������． ���篗��．�����籊������������������ ��课题的背景及意义在多核处理器出现之前，各个芯片厂商提高单核处理器性能的唯一途径，就是不断地提高处理器主频。可是，随着制造工艺的不断进步，单靠提高主频来提升处理器性能的道路似乎已经走到了尽头。第

5、一，芯片上晶体管的集成度已经达到了上限，这样就造成了单靠提高主频来提升处理器性能的做法，已经没有太大的发展空间了，同时，随着芯片上晶体管集成度的不断提高，也带来了功耗的不断上升，这仅仅是从体系结构发展的角度来看；第二，从应用层次来看的话，随着科学技术的进步，在虚拟技术、高性能科学计算以及多媒体等领域，对计算机的要求也是越来越高。在这样的双重背景下，不得不迫使芯片厂商开发出更加高性能的处理器，从单核转向发展多个内核，同时处理多个线程的发展道路上来，于是多核处理器应运而生了�】。����芯片上集成多个处理器。从最开始的

6、��年，由美国斯坦福大学首次提出多核处理器商业领域的多核处理器���，以及在��年，由��虸��公司所开发的多核处理器在市场上的大规模应用，直到现在多核处理器引导市场主流来看，多核处理器的发展已有二十来年的历史了。随着多核处理器的发展，其应用范围也遍布各个领域，首先是个人计算机，然后更多的是在高性能计算、多媒体计算和日常生活里的嵌入式设备伴随着多核处理器的发展，多核技术也迅速发展起来，多核技术首先体现在核间通即每个核心上执行的程序之间，需要进行数据的交换与共享，这就需要在多个核心之间进行通信，即我们所说的多核处理器

7、的核间通信。因此，多核处理器的硬件结构必须要支持核间通信，核间通信的优劣是影响多核处理器高性能发挥的重要因素。我们在研究多核处理器的过程中，通过采取下面两种方式来提高多核处理器的核间通信，第一种方式就是优化硬件的总线设计，运用先进的技术来设计核间通信模块，在多核处理器系统上，大量运行能提高处理器性能的软件，以此来提升多核处理器的核间 多核处理器芯片上的多个核心虽然各自执行自己的代码，但是不同核心间很可能需要进行数据的共享和同步，因此多核之间的通信性能将直接影响到处理器的性能。多核处理器之间的通信，往往需要众多进程协

8、作，其实质也就是进程间的通信。本文将重点研究核间通信技术及其实现【�。核问通信作为计算机领域比较热门的研究方向之一，其研究工作在国内外一直都处于十分活跃的状态，许多大学和科研机构都进行了积极研究，并取得了许多有效成果。目前，在基于多核处理器的核间通信技术的研究领域中，为保证核心间数据的共享和同步问题，提高多核处理器的性能，国外该领域的专家学者做了大量的研究，