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《基于冗余多线程的体系结构级容错措施的研究与发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第55卷第1期武汉大学学报(理学版)Vol.55No.12009年2月J.WuhanUniv.(Nat.Sci.Ed.)Feb.2009,017~021文章编号:16718836(2009)01001705基于冗余多线程的体系结构级容错措施的研究与发展杨华,潘琢金,董燕举,夏秀峰(沈阳航空工业学院计算机学院,辽宁沈阳110136)摘要:在总结各种体系结构级容错措施的技术特点以及目前的研究现状和发展趋势的基础上,论述了冗余多线程(RMT)体系结构研究的时代背景、典型架构设计方法和存在的问题,以及今后研究的方向和发展趋势.提
2、出了今后应该从资源分配和线程调度的角度对RMT进行研究,提升其整体处理能力,包括:提高RMT的容错能力;降低容错运行所需要的软、硬件代价;以及提高资源利用的效率和公平性,缓解多线程并行对资源需求的巨大压力.关键词:冗余多线程;容错;体系结构;可靠性中图分类号:TP302文献标识码:A能,提升其整体处理能力,包括容错能力、计算性能、0引言资源占用的效率和公平性等方面.随着空间技术和集成电路技术的发展,以处理1体系结构级容错措施的研究趋势器为核心的计算机系统越来越广泛地应用于航空航天等高可信计算领域.对于航空航天等易受粒子
3、辐提高容错能力,可以从工艺级、电路设计级、体[1,2]射的领域,处理器的瞬时故障偶发性较强,严重系结构级、系统级等各个层次采取措施,例如:工艺[3]威胁到系统的可靠性.据ITRS估测,晶体管集成级的SOI(silicononinsulator)和铜互连技术,电路密度至少在未来7年仍将保持指数级增长.不断减设计级的容错触发器,体系结构级的RMT技术,系小的特征尺寸(featuresize)和工作电压、不断提高统级的ROC(recoverorientedcomputing)和Self的工作频率等因素,降低了处理器的噪声边缘Healin
4、g等[6~17].其中,体系结构级措施因其独特的(noisemargin),增大了其对瞬时故障的易感性,可技术优势(抽象级别高、对软件透明等)而备受青睐.靠性正成为处理器乃至整个计算机系统设计所面临研究表明[6],与其他级别(工艺级、电路级、系统[4,5]的严峻挑战.级)的措施相比,在体系结构级采取容错设计,特别[6~12]研究表明,对体系结构级进行设计和改是采用RMT体系结构,能更有效地提高容错能力,进,特别是对冗余多线程(redundantmultithread实现代价也较低,因此更具前途和生命力.主要优点ing,RMT)的改进,能
5、有效提高处理器乃至计算机如下:适应性好.抽象级别较高,对具体的工艺、系统的容错能力和计算性能.作者对各种RMT体电路技术依赖性小,还可以克服此二者本身的局限系结构进行分析和总结,发现如下问题:实现代性,实现更高级别的容错;透明性好.一般在处理价较大;性能、容错、实现代价间没有达到合理的器内部实现容错计算时,对OS和应用软件透明;均衡;尚未充分发掘出RMT的性能潜力.在此设计灵活,可操作性好:便于与半导体工艺和处基础上,本文提出从资源分配和线程调度的角度对理器体系结构的最新进展相结合.目前,容错体系结RMT进行研究,从而更充分地
6、发掘RMT的巨大潜构的研究呈现如下3个发展趋势:收稿日期:20080430基金项目:十五国家科技支撑计划预研项目(41316.1.2)作者简介:杨华(1974),男,副教授,博士,现从事可信计算和计算机系统结构的研究.Email:yangh@syiae.edu.cn18武汉大学学报(理学版)第55卷[17]细粒度到粗粒度.从字节级容错编码、用测,旨在应对计算机系统随着复杂度和集成密度的[18,19][20][7~12]空闲资源重复计算、DIVA到RMT,冗提高而日益增加的运行故障的易感性、特别是瞬时余的粒度逐
7、渐增大.粗粒度的冗余更加灵活,能弥补故障的易感性,提高处理器乃至计算机系统的可靠细粒度冗余的不足.更粗粒度的容错措施需要硬件性.和软件(OS和应用)配合,实现系统级容错,例如2.2国内外对RMT的研究现状[15]UCBerkeley提出的ROC.作为一种新的容错机制,同时也是CMT领域[21,22]硬件冗余到过程冗余.从Lockstep、DI一个新的发展方向,RMT的研究正逐渐受到关注:VA到各种RMT,越来越趋向于用过程冗余替代硬除计算机可靠性和测试方向的会议和期刊(如件冗余,冗余指令也从严格的同步执行发展到各种FTCS、DSN
8、、IEEETrans.OnReliability、Design异步执行,调度方式日趋灵活.研究表明,时间冗余&Test)外,近年来系统结构领域会议和期刊(如加上宽松的异步调度有助于减少硬件
