cmp体系结构的l2+cache替换算法研究

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1、CMP体系结构的L2Cache替换算法研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：蒋海涛指导教师：王铮副教授专业：计算机软件与理论学科门类：工学重庆大学计算机学院二OO八年四月StudyonL2CacheReplacementArithmeticforCMPArchitectureAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringbyJiang

2、HaitaoSupervisor:AssociateProf.WangZhengMajor:ComputerSoftwareandTheoryCollegeofComputerScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2008重庆大学硕士学位论文摘要中文摘要近40年来，处理器与存储器访问速度之间存在着巨大的差距导致内存墙问题变得越来越严重，成为影响系统性能最主要的瓶颈之一。现代计算机体系结构中广泛采用Cache来缓解两者之间的速度差距。

3、在典型的CMP(ChipMulti-Processor)体系结构中，多个处理器核共享二级Cache，提高了二级Cache利用率并且能避免复制存储器硬件资源。但处理器核的分支错误预测导致错误路径上的加载缺失向共享的二级Cache中写入无用数据，造成二级Cache的污染，降低了其它核对二级Cache空间的占用率，增加了二级Cache缺失率，引起存储资源线程分配的不均衡，甚至导致线程饥饿。因此Cache的替换算法是保证效率的关键。如何在尽可能小的开销下，提高Cache的命中率，使处理器获得尽可能高的性能，

4、成为当前Cache研究的一个重要课题。本论文详细研究了常见的CMP中Cache资源分配及其共享Cache的替换策略。通过对伪LRU算法进行详细分析，改进了伪LRU算法，提出了FPLRU算法，详细设计和实现了分支信息缓冲器（BIB），通过BIB来记录预测路径的相关信息，从而尽早的将错误路径数据从二级Cache中替换出去，增加了利用数据局部性的可能。基准测试程序实验结果表明FPLRU算法与伪LRU算法相比Cache失效率有较为明显的降低。CMP结构中共享L2Cache，当多个线程运行时，由于资源竞争导致

5、Cache失效增加和系统性能下降。为了研究L2Cache中线程的变化情况，提出了一种预测L2Cache失效的Shared-Cache模拟技术，主要利用循环序列和栈处理技术分析预测L2Cache的强制性Cache失效、共享数据的Cache容量失效和私有数据的Cache容量失效。利用实验验证了模型的有效性，结果表明该模型能够准确预测L2Cache的失效。另外，本论文对SimpleScalar模拟器及CMP-SIM模拟器的Cache模拟及实现机制做了大量的分析及研究工作，用CMP-SIM模拟器及基准测试程

6、序进行实验。最后，对上述算法进行了详细的评估、分析。关键词：CMP，Cache替换，FPLRU，Shared-CacheI重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTInthepast40years,thespeedbetweenprocessorandmemoryaccesshasabiggap.Thisresultsin"Memorywall"problemandhasbecomeincreasinglyserious,whichbecomesoneofthemostimportantbott

7、lenecksinperformanceofthewholesystem.Inmoderncomputerarchitecture,Cacheisusedwidelytoalleviatethisspeedgap.InthetypicalChipMulti-Processorarchitecture,L2Cacheissharedbymulti-cores,whichimprovesCacheutilizationandavoidsduplicatingCachehardwareresources．

8、Unfortunately，thebranchmis-predictionsofanyprocessorcorecouldleadtheloadmissfromthewrongpathtowritesomeuselessdataintothesharedL2Cache，andcauseL2Cachepollution．ThismayincreaseadditionalCachemissesandimpactperformanceofothercoresforfaili