CMP架构下基于缓存竞争优化的Linux进程调度策略.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又CMP架构下基于缓存竞争优化的Linux进程调度策略作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：夏厦控制理论与控制工程李俊副教授二。一二年五月十HUniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’sdegreeCachingOptimizationStrategyUnderCMPArChiteCtUreBasedonLinuxAuthor’SNamc"speciality：Supervisor：T_、

2、●●F1nlshedtlmc：ShaXiaControlTheoryandControlEngineeringAssociateProf．JunLiMay101h，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：夏夏签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一

3、，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：夏厘．．导师签名：签字日期：．纫

4、2。7t

5、曰签字日期：．轧7ol2．，7．1o摘要摘要CMP(ChipMulti．Processor，

6、单片多核处理器)架构是由美国斯坦福大学提出的，其思想是将大规模并行处理器中的SMP(对称多处理器)集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。与多线程处理器(SMT)相比，CMP结构已经被划分成多个处理器核来设计，每个核都比较简单，可以在处理器内部共享缓存，提高缓存利用率，因此更有发展前途。目前CMP已逐渐成为主流微处理器体系结构，得到了广泛的运用。但是现有操作系统缺乏成熟的针对CMP架构的调度算法，CMP架构的优势并不能完全发挥出来。例如，多个核上同时运行的进程会产生对系统共享资源进行竞争，

7、这种竞争将导致系统效率的低下，操作系统如何选择最优的进程调度顺序，以减小竞争是一大难点。本文在前人工作的基础上，通过对任务调度器的优化，减小不同进程对共享缓存资源竞争，提高系统的效率。本文的工作主要包括：1．对CMP架构及CPU缓存的相关技术背景进行介绍，以此为基础，分析目前在CMP架构中普遍存在的缓存竞争的问题。2．利用PMU监测单元，对进程的行为特征，例如CPI(CyclesPerInstruction)、CacheMiss、CacheRefefence等，进行在线统计，并对统计信息进行合理的

8、归纳、分析，提出数学模型对进程的共享缓存竞争行为进行刻画，然后利用benchmark对该模型进行检验，结果表明该模型较好的反应了进程对共享缓存竞争力的强弱。3．调研分析现在常用的Linux内核版本2．6．22，对它的进程调度方法进行简要概述，并找出它在CMP架构下的不足。利用2中提到的模型，研究如何通过合理的进程调度策略，减小因共享缓存资源竞争带来的性能损失，并以此为指导，优化Linux的进程调度。通过实际的检验，显示我们的调度策略可以提升系统在CMP架构下的性能。关键词：缓存竞争，进程调度，Li

9、nux内核，进程行为，CMP架构AbstractⅡAbstractKeyWords：CacheContention，ProcessScheduling，LinuxKernel，ProcessBehaviour,CMPFramework目录目录摘要⋯．。。⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IIABSTRACT．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯⋯⋯．．．⋯⋯IV目录⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯VI第1章绪论．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21。1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

10、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2研究背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2．1多核处理器的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．2．2多核架构对操作系统提出的挑战⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．3多核(CMP)调度优化的国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．4本文的主要贡献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41．5本文结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯