hpp体系结构下基于tlb的访存性能优化技术研究r11 - googlecode

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1、第一章引言分类号TP3密级UDC编号中国科学院研究生院硕士学位论文HPP体系结构下基于TLB的访存性能优化技术研究余璜指导教师马捷研究员中国科学院计算技术研究所申请学位级别工学硕士学科专业名称计算机系统结构论文提交日期2011年4月论文答辩日期2011年5月培养单位中国科学院计算技术研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席第一章引言声明我声明本论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成

2、果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：论文版权使用授权书本人授权中国科学院计算技术研究所可以保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和电子文档，允许本论文被查阅和借阅，可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本论文。（保密论文在解密后适用本授权书。）作者签名：导师签名：日期：第一章引言摘要访存性能是影响高性能计算机性能的重要因素之一，提高访存性能对提高应用性能具有重要作用。超并

3、行（HyperParallelProcessing，HPP）体系结构是国家智能计算机研究开发中心提出的一种面向千万亿次计算的超级计算机体系结构，它从硬件层面上支持全局物理地址空间的特性给访存带来了更大挑战。本文研究HPP体系结构下基于TLB的访存性能优化技术。大页面技术能够有效提高HPP系统访存性能，应用大页面后TLB中出现的大页面TLB表项和小页面TLB表项并存的局面可能会导致潜在的不必要TLB替换。本文提出一种动态分区TLB技术，能消除潜在的不必要TLB替换，降低系统的TLB缺失率，从而提高系

4、统访存性能。本文主要工作和贡献有：(1)提出了一种动态分区TLB技术。替换大页面TLB表项的代价高于替换小页面TLB表项。通过研究大页面和小页面并存环境下大页面TLB表项和小页面TLB表项的相互影响，针对在缺省的TLB替换算法下大页面TLB表项可能被小页面TLB表项替换使得性能下降的情况，本文提出的动态分区TLB技术将TLB按照页面大小进行分区，以避免大页面TLB表项被小页面TLB表项替换，有效降低了系统TLB缺失率。(2)模拟并分析了TLB的动态分区策略。本文实现了一个TLB模拟系统，能针对各种

5、访存类型的应用进行TLB缺失率的评测。对于访存密集型应用，TLB缺失率与TLB分区点位置紧密相关，对此提出了基于空间的动态分区策略和基于热度的动态分区策略，动态管理TLB分区点位置，保证尽可能低的TLB缺失率。(3)实现了曙光6000中面向龙芯处理器的内存管理子系统，并对其进行了分析和评测。该系统不但支持大页面和对大页面的透明访问，并且采用动态分区TLB技术来实现TLB管理。评测结果表明，相对于没有采用动态分区TLB技术的测试，在动态分区TLB技术支持下测试应用的TLB缺失率降低了1%到10%，性

6、能提高了1%到8%。关键词：HPP体系结构；TLB；大页面；访存优化第一章引言TLB-BasedMemoryAccessOptimizationinHPPArchitectureYuHuang(ComputerArchitecture)DirectedByProf.MaJieMemoryperformanceisakeyfactortosupercomputerperformance.Improvingmemoryperformanceisimportantforapplicationperfor

7、mance.HyperParallelProcessing(HPP)isanarchitectureforpetaflopssupercomputingproposedbytheNationalResearchCenterforIntelligentComputingSystems(NCIC)anditsupportsglobalphysicaladdressspace,whichposesgreatchallengetomemoryperformance.Thispaperstudiesthem

8、emoryperformanceoptimizationtechnologyinHPParchitecture.Itisknownthatsuperpagetechnologycanefficientlyimprovememoryperformance.AfterintroducingsuperpagetoHPPtheTLBisfilledwithbothsmallpageTLBentriesandsuperpageTLBentries,whichcouldpotentiallyl