多核环境Cache一致性协议研究

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1、分类号：密级：UDC:编号：工学硕士学位论文多核环境Cache—致性协议研究硕士研究生：杨鹏E指导教师：李静梅教授学位级别：工学硕士学科、专业：计算机应用技术单位:计算机科学与技术学院论文提交日期:2011年1月10日论文答辩日期:2011年3月17日学位授予单位:哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:mmADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonCacheCoherenceProtocolsforMulti-coreEnvironmentCandidate:Supervis

2、or:AcademicDegreeAppliedfor:Specialty:DateofSubmission:DateofOralExamination:University:YangPengfeiProf.LiJingmeiMasterofEngineeringComputerAppliedTechnologyJan.10,2011Mar.17,2011HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献

3、的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做岀重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）:杨鹏E日期：20“年3月8日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可釆用彩

4、印.缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文&在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：杨鴻E日期：年扌冃以H导师（签字）丿丿^舟车时p4随着商业应用和科学计算对计算能力要求的不断提高，传统的单核处理器已经不能够满足各类应用对计算能力的要求，多核处理器应运而生。多核处理器与单核处理器相比，具有容易获得高主频、功耗低、通

5、信延迟低等优点，但是同样存在着应用限制和技术挑战，其中，Cache—致性是影响多核处理器性能的一个关键问题。针对Cache-致性问题，近年来国内外的专家学者进行了大量的研究和改进工作,其中基于监听的Cache一致性协议和基于目录的Cache一致性协议是研究的重点。研究结果表明，研究人员根据处理器体系结构对一致性协议的合理改进可以有效提高系统的性能。本文介绍了国内外对Cache—致性协议研究的热点和方向。简要地介绍了多核处理器及其存储系统的相关内容、引岀Cache—致性协议设计的重要性。在研究Cache工作原理.读写策略的基础上，新协议设

6、计中将克服Cache乒乓现象纳入Cache—致性协议设计的优化方向。本文在分析了现有监听协议和目录协议原理和运行机制的基础上，得出了现有协议在多核处理器上应用的存储开销、系统资源浪费等限制，提出了一种基于D-Cache的混合写无效和写更新策略的Cache一致性协议——MEDSIF。在MEDSIF协议中，将传统监听协议发送数据请求的流程改进为源端一D・Cache_目的端的点对点通信方式。D-Cache具有目录功能，为一致性事务寻址和集中控制提供支持。同时，为避免Cache乒乓现象的发生，协议以处理器核中数据副本的数量为分类基础设计了状态集

7、合，对应于两个副本之间的写操作，采用写更新方式；两个副本之外、三个或三个以上副本的写操作，采用写无效方式。最后，本文对新协议的正确性进行了论述，论述了新协议满足Cache—致性协议设计中写传播和写串行化等条件要求，同时通过GEMS多核模拟器对协议进行了性能测试。测试结果表明，新协议降低了LICache的Cache失效率，同时降低了测试程序的运行时间，提髙了系统的性能。关键词：多核处理器；Cache—致性；存储系统；状态集合哈尔滨丁稈大学硕士学位论文AbstractWiththerequirementsofcommercialapplic

8、ationsandscientificcomputingoncomputingcapabilitygraduallyincrease^traditionalsingle-coreprocessorisnol