一种支持操作系统的硬件事务内存系统

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1、万方数据CN43-1258／TPlSSN1007—130X计算机工程与科学COMPUTERENGINEERING&SCIENCE2010年第32卷第1期V01．32。No．1，2010文章编号：1007—130X(2010)01-0123-04一种支持操作系统的硬件事务内存系统。ANewHardwareTransactionalMemorySystemDesignwithOperatingSystemSupport王绍刚，吴丹，庞征斌。杨晓东WANGShao-g锄ag。WUDan，PANGZheng-bin-YANGYaao-dong(国防科学技术大学计算机学院。湖南长沙410

2、073)(SchoolofComputerScience，NationalUniversityofDefenseTechnology。Changsha410073。China)摘要：本文分析了目前提出的硬件事务内存系统在支持线程切换及迁移、内存页置换、系统调用等方面存在的问题，并提出了新的支持操作系统的实现方案DTM。DTM采用单独的面向事务处理的一致性协议来检测及仲裁事务间冲突，与传统的事务内存系统相比，DTM具有实现简单、可扩展性好及性能上的优势。Abstract：ThispapersunlnlaYizestheproblemsforthecurrentlyproposed

3、hardwaretransactionalmemorysystemwhichsupportscontextswitch／migration。virtualmemorypaging·andsystemcallissues．AnewhardwaretransactionalmemorysystemcalledDTMisproposed．DTMperformstransactionconflictdetectionthroughaseparateprotocol，whichworksinasimilarwayasthetraditionaldirectorybasedcachecoh

4、erenceprotoc01．butonlyoperatesonthetransactionalstates．TestresultsshowthatDTMachievesimprovementindesigncomplexity，scalabilityandpedormanceissues．关键词：事务内存；事务一致性协议；町MKeywords：transaetionalmemory；transactioncoherenceprotocol；DTMdoi：10．3969／j．issn．1007—130)(．2010．01．035中图分类号：TP316文献标识码：A1引言随着多核

5、处理器技术的快速发展，并行硬件平台已经成为多数应用的主流平台。为了充分利用并行平台所能提供的计算能力，对应用并行化的需求也越来越大。在传统的基于锁同步的并行编程模型下，并行程序编程复杂，并且容易产生死锁，因而迫切需要新的能够提高并行编程效率的模型。事务内存(TransactionalMemory)[1]正是在这种需求背景下提出的新的编程模型，近年来成为研究的热点。事务内存编程模型为程序员提供了一种简单、一致、无死锁的共享资源访问界面。在事务内存编程模型下，程序需要访问共享资源时，程序员只需要将访问共享资源的代码标注成一个原子执行的程序块(称为事务)，对程序员透明的事务内存系统保

6、证事务执行时的原子性和隔离性。当前提出的事务内存系统实现方案包括：(1)基于库函数或操作系统的软件事务内存系统(STM)[幻}(2)事务的执行完全交由硬件实现的硬件事务内存系统(HTM)∞一1；(3)由软件和硬件协同执行事务的软硬件协同事务内存系统(HybridTM)。为了提高硬件系统的可用性，现代操作系统都支持系统调用、线程切换及迁移、虚存页置换等机制。软件事务内存系统一般在操作系统的上层实现，因而不存在此类问题。硬件事务内存系统的实现基于更底层的硬件，能否有效支持操作系统是事务内存系统呵用性的关键因素之一。然而，目前提出的硬件事务内存系统在这方面进行的研究很少，或者实现的原

7、型系统并没有考虑到在引入操作系统调度下的情况[5’6】。2当前系统存在的问题硬件事务内存系统的实现途径主要有两类：(1)基于本·收藕日期：2008-09-22；修订日期：2008—12-03基金项目：国家自然科学基金资助项目(60803040，60633050)；湖南省自然科学基金资助项目(07JJ3129)作者简介：王绍刚(1979一)，男，山东烟台人，博}：生．研究方向为并行计算机体系结构和高性能存储系统；吴丹，博士，讲师，研究方向为新型体系结构和并行编译；庞征斌．博士，副教授。研究方向