多核系统减少内存干扰技术的研究

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1、硕士学位论文题目:多核系统减少内存干扰技术的研究研究生孟晓林专业计算机应用技术指导教师万健教授完成日期2016年3月杭州电子科技大学硕士学位论文多核系统减少内存干扰技术的研究研究生：孟晓林指导教师：万健教授2016年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterAnInvestigationintoKeyIssuesofmitigatingmemoryinterferenceinMulticoreSystems

2、Candidate:MengXiaolinSupervisor:Prof.WanJianMarch,2016抗州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表。或撰写过的作品或成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。一。申请学位论文与资料若有不实么处，本人承担切相关责任论文作者签名；日期；

3、年月曰３５学位论文使用授巧说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定；，即研巧生在校攻读学位期间论文工作的知巧产权单位属杭州电子科技大学。本人巧证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件．允许查阅和借腐论文校可抖公布论文的全部或部分内容，可允许；学采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后进守此规定）：论文作者签名；日期＾年３月＾日；指导教师签名０期：年３月减如ｉｓ杭州电子

4、科技大学硕士学位论文摘要现代多核系统中，处理器性能与内存性能间的不均衡发展导致当前内存的存储速度严重滞后于处理器的计算速度，从而形成“内存墙”。“内存墙”问题严重阻碍了多核处理器的性能发挥，一直是制约计算机整体性能的重要因素。现代多核系统通常共享最后一级缓存(LLC)和DRAM主存，其中DRAM是很重要的共享资源。多核系统中，并发执行的程序对共享资源的争夺愈演愈烈，随之带来严重的线程间的内存干扰。线程间的内存干扰会降低DRAM内存系统的响应速度，进而拉大访存延迟，扩大处理器与内存之间在性能上的差距，使

5、得“内存墙”问题越来越严重，从而导致系统性能和公平性下降。另外，线程间的内存干扰还会引发线程的优先级反转。如何减少内存干扰已经成为学术界和工业界所关心的热点问题。本文以减小内存干扰，提高系统性能、公平性为目标，结合操作系统和体系结构理论，从操作系统角度提出一种通过减少内存干扰提高系统性能的软件解决方案——PseudoShare框架。PseudoShare框架充分利用DRAM性能优化的原则，在保证DRAMBank并行性的前提下划分DRAMBank，将来自不同核上线程的访存请求映射到专属的内存Bank组上

6、，从而减少不同核上的线程在DRAMBank上的RowBuffer冲突，即减少线程间的内存干扰，提高系统整体性能。本文主要工作如下：(1)本文详细分析了程序性能与Bank并行性之间的关系，得出结论：程序对Bank数量的需求是有限的，所以可以给每个程序分配Bank时只分配给它所需要的Bank数，满足它的容量需求，保证Bank并行性。(2)本文提出了内存感知的页分配策略BAPA。这是一种新的内存分配算法，与当前操作系统默认的页分配策略不同的是BAPA能感知到DRAMBank的存在，注重于在保证Bank并行性

7、的前提下减少内存冲突。该策略的核心思想为DRAMBank划分机制，避免了原有算法对资源分配的盲目性，从而减小线程间在DRAMBank上的内存干扰。(3)本文提出了页分配与组调度融合的PseudoShare框架，划分线程和内存成线程组和内存组，每个线程组运行在一个CPU核心上，且占用一个内存组，形成一个独立子系统。然后进行内存带宽划分，消除因共享内存带宽带来的性能和公平性下降。实验结果表明，PseudoShare在4核/8核平台下都提高了系统整体性能和公平性，并平均降低了5.3%的功耗。I杭州电子科技大

8、学硕士学位论文(4)本文采用纯软件的方式解决内存干扰问题，在Linux内核中实现了PseudoShare框架，无需更改硬件，从而避免修改复杂硬件逻辑带来的时间开销。关键词：多核系统，内存干扰，DRAMBank划分，页分配，组调度II杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTNowadays,howtoreducememoryinterferencehasbecomeahotissueinacademiaandindustry.Inthemodernmu