针对多核并行程序的访存冲突记录方法研究

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1、硕士学位论文针对多核并行程序的访存冲突记录方法研究RESEARCHONMEMORYRACERECORDINGMETHODFORMULTICOREPARALLELPROGRAM吴倩倩哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP302.1学校代码：10213国际图书分类号：004.4密级：公开工学硕士学位论文针对多核并行程序的访存冲突记录方法研究硕士研究生：吴倩倩导师：李斌教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TP302.1U.D.C:004.4DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMEMORYRACERECORDINGMETHODFORMULTICOREPARALLELPROGRAMCandidate：WuQianqianSupervisor：Prof.LiBinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologySchoolofComputer

3、ScienceandAffiliation：TechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，多核并行程序得到了广泛的应用。在程序调试过程中，由于多核并行程序执行不确定性，会导致难以重现程序中的错误，给多核程序调试带来很大的困难，严重阻碍了多核并行程序的发展。解决该问题的一种有效方法是确定性重放，其基础是准确记录访存冲突信息。现有的确定性重放方法需要记录大

4、量的访存冲突信息，给多核系统带来巨大的空间损耗。如何减小访存冲突日志空间的大小，已经成为亟需解决的问题。为了减小日志空间开销，本文设计了一种多核并行程序访存冲突记录方法。该方法在初始日志的基础上，采用传递性约减，将可以利用已记录的访存冲突推导出来的访存冲突约减掉，减少访存冲突记录的条数；又在传递性约减的基础上，采用相邻两个同向冲突约减，将相邻的两个同向访存冲突约减掉，并创建一个人工访存冲突来代替，进一步减少访存冲突记录的条数；并采用差值记录法，不再将实际的访存冲突记录到日志中，而是记录本次与上一次需要记录的同向访存冲突之间的

5、差值，来优化单个访存冲突记录的尺寸大小。总之，该方法从减少访存冲突记录条数和优化单个访存冲突记录大小两个角度入手，减小了访存冲突日志空间的大小。另外，本文还对该多核访存冲突记录方法进行了算法描述和硬件方案设计，并基于MESI目录一致性协议进行了实现。最后，搭建了Gem5多核模拟平台，并在全系统模式下加载Linux操作系统。选用PARSEC并行基准测试集，对本文的访存冲突记录方法进行了访存冲突记录功能测试，以及在日志空间大小方面的性能测试。测试结果表明：本文的访存冲突记录方法能够正确记录访存冲突，并且减小了访存冲突日志所占的空

6、间。关键词：多核；并行程序；访存冲突；Gem5-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,multi-coreparallelprogramhasbeenwidelyused.However,theexecutionofmulti-coreparallelprogramisnondeterministic.Theproblemwillmakethingsdifficultforreproducingandlocatingbugsintheprocessofmulti-coredebuggi

7、ng,andtaketroubletoprogramanddebugparallelprogram.Aneffectivewaytosolvethisproblemisdeterministicreplay,whichisbasedonrecordingthememoryraceinformationaccurately.Existingdeterministicreplaymethodsrecordedlargeamountsofmemoryraceinformation,andbringhugespaceoverhead

8、tothemulti-coresystem.Howtoreducelogsizeofmemoryraceisaproblemtobesolved.Toreducelogspaceoverhead,thispaperdesignedahardware-basedmulti-corememor