面向众核负载聚集模式的Cache一致性协议研究综述.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn面向众核负载聚集模式的Cache一致性协#议研究综述*马胜，王志英5（国防科技大学计算机学院）摘要：负载聚集模式给众核处理器结构，尤其是cache一致性协议的设计，带来了诸多挑战。高效一致性协议必须充分利用负载聚集模式的数据共享特性，在虚拟机内部提供低延迟的数据共享，在虚拟机之间提供低开销的数据共享，同时还应支持虚拟机动态迁移和区域隔离。针对上述需求，本综述深入分析负载聚集模式对处理器设计的影响，尤其关注对cache一致10性协议设计的影响。面向负载聚集模式的cache一致性协议需要与片上网络协同设计，因此，本文针对

2、现有cache一致性协议与片上网络协同设计的研究成果进行了回顾。在上述分析的基础上，本文对未来设计面向负载聚集模式cache一致性协议的研究方向进行了展望，指出了研究动态区域层次化一致性协议是有效满足负载聚集模式cache一致性协议需求的有效途径。15关键词：Cache一致性协议负载聚集片上网络中图分类号：TP338ASurveyofResearchonCacheCoherenceProtocolsforWorkloadConsolidation20MASheng,WANGZhiying(SchoolofComputer,NationalUniversityofDefenseT

3、echnology)Abstract:WorkloadConsolidationbringsseveralchallengestothedesignofmany-corearchitecture,especiallythecachecoherenceprotocol.Anefficientcoherenceprotocolmusttakefulladvantageofthedatasharingcharacteristicsofworkloadconsolidation;itmustprovideslowlatencydatasharing25withinavirtualmac

4、hine(VM),andsupportslowcostdatasharingbetweenseveralVMs.Besides,thecoherenceprotocolshouldallowtheVMmigrationandprovideregionisolation.Toaddresstheseissues,thissurveythoroughlyanalyzestherequirementsofdesigningcachecoherenceprotocolsforworkloadconsolidation.Thecoherenceprotocolsforworkloadco

5、nsolidationshouldbeco-designedwiththeNetworks-on-Chip(NoCs).Thus,wereviewtheresearchontheco-designofcachecoherence30protocolsandNoCs.Basedontheseanalysis,weprospectthefutureofdesigningcachecoherenceprotocolsforworkloadconsolidation,andsuggestthatthehierarchicalcoherenceprotocolwithdynamicreg

6、ionshaspotentialtomeettherequirements.Keywords:Cachecoherentprotocol,WorkloadConsolidation,Networks-on-Chip350引言体系结构界已进入了众核处理器时代，相应的软件应用场景出现了新的变化。单个程序受限于自身有限的并行性，难以完全使用众核处理器数十甚至上百个计算核。比如，当PARSEC测试集使用的核数小于16个时，程序的性能随着核数的增加而上升，但是进一步[1]40增加核数带来的同步开销剧增反而导致程序性能出现下降。如图1所示，一种常见现象将是多个程序同时运行在一个众核平台上，

7、这种负载聚集模式已成为众核处理器的重要应用场景。负载聚集模式一方面给众核处理器的性能提升和应用领域扩展带来了许多机遇，另一方基金项目：教育部博士点基金项目（20134307120028）作者简介：马胜（1986年-），男，助理研究员，主要研究计算机体系结构.E-mail:masheng@nudt.edu.cnmasheng@nudt.edu.cn-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn面也增加了众核处理器的设计难度，使其在存储体系、互连架构和并行编程等方面都面临着