【摘要】： 處理器高速緩存(Cache)的利用對系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性影響。隨著計算機技術(shù)的進步,中央處理器的性能迅速提升,與系統(tǒng)內(nèi)存的性能差距越來越大,Cache缺失所帶來的性能損失十分可觀,因此降低Cache的缺失率有著極其重要的意義。同時多處理器體系結(jié)構(gòu)被提出并飛速發(fā)展,已成為現(xiàn)代處理器研究的熱點。另一方面,軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)日趨龐大和復雜,構(gòu)件化軟件架構(gòu)因其良好的結(jié)構(gòu)特性從而成為發(fā)展的主流趨勢。構(gòu)件化系統(tǒng)中的任務(wù)的基本構(gòu)成是構(gòu)件,但傳統(tǒng)的調(diào)度策略忽視了任務(wù)的結(jié)構(gòu)性,從而使構(gòu)件化軟件中各個構(gòu)件之間產(chǎn)生不受控的切換,致使Cache缺失嚴重。為了盡量減少構(gòu)件化系統(tǒng)運行時的Cache缺失率,進而提高其性能,十分有必要針對構(gòu)件化系統(tǒng)的特征設(shè)計相應(yīng)的調(diào)度策略。同時這種調(diào)度策略還必須要適應(yīng)多處理器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。 論文以一種新型的針對構(gòu)件化系統(tǒng)的調(diào)度策略為研究目標,所作的主要研究工作包括: 1.對Cache缺失所帶來的負面影響進行了細致的分析,說明了降低Cache缺失率的重要意義。通過介紹近年來一些主要的研究成果,論證了操作系統(tǒng)的調(diào)度策略對系統(tǒng)的Cache缺失率具有極其重要的影響。進而分析了構(gòu)件化系統(tǒng)的特征,指出傳統(tǒng)的調(diào)度策略不能很好的適應(yīng)構(gòu)件化系統(tǒng),揭示了構(gòu)件化系統(tǒng)中調(diào)度策略的一種新的設(shè)計思路,即考慮任務(wù)的結(jié)構(gòu)特征——構(gòu)件; 2.提出了一種新型的基于模塊的調(diào)度策略MBS,對其進行了理論分析,并給出了MBS的詳細設(shè)計方案,包括調(diào)度段相關(guān)的概念及其定義;優(yōu)先級的制定與調(diào)整方式;優(yōu)先級搶占策略;調(diào)度段的控制;多處理器系統(tǒng)上擴展等。同時描述了實現(xiàn)MBS時的關(guān)鍵技術(shù); 3.基于Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)了支持MBS的原型操作系統(tǒng)MBS-Linux,詳細論述了其中的設(shè)計與實現(xiàn)要點,并對涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵實現(xiàn)例程作了詳盡的描述; 4.作為MBS在構(gòu)件化操作系統(tǒng)中的實現(xiàn),以基于服務(wù)體/執(zhí)行流模型的操作系統(tǒng)Minicore為基礎(chǔ)實現(xiàn)了支持MBS的構(gòu)件化操作系統(tǒng)原型MBS-Minicore,詳細描述了其中所使用的關(guān)鍵技術(shù)、MBS調(diào)度服務(wù)體的設(shè)計與實現(xiàn)要點,以及其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、消息接口和關(guān)鍵例程; 5.對MBS-Linux和MBS-Minicore進行了性能評測,分別對比了MBS-Linux與Linux以及MBS-Minicore與Minicore的Cache缺失數(shù)和系統(tǒng)吞吐量,并對評測結(jié)果進行了詳細分析。 論文研究中所取得的具有創(chuàng)新特色的貢獻如下: 1.在分析了傳統(tǒng)調(diào)度策略的局限性和構(gòu)件化系統(tǒng)的特征之后,提出并設(shè)計了一種基于模塊進行調(diào)度的新型調(diào)度策略MBS,并對其進行了理論分析、設(shè)計實現(xiàn)和實驗驗證,論證了其可行性和有效性。MBS在調(diào)度時考慮任務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),顯著改善了傳統(tǒng)的以任務(wù)為最小粒度的調(diào)度策略因Cache缺失頻繁而導致的性能問題,提高了構(gòu)件化軟件運行時的Cache利用率,從而極大地提升了系統(tǒng)吞吐量,同時MBS還對多處理器系統(tǒng)提供了良好的支持; 2.設(shè)計并實現(xiàn)了基于傳統(tǒng)進程模型的支持MBS的操作系統(tǒng)原型MBS-Linux。它以直接明了的方式將MBS融入Linux操作系統(tǒng)中,并驗證了MBS的可實現(xiàn)性; 3.基于具有典型構(gòu)件化特征的服務(wù)體/執(zhí)行流模型,設(shè)計并實現(xiàn)了支持MBS的構(gòu)件化原型操作系統(tǒng)MBS-Minicore,有效降低了構(gòu)件化系統(tǒng)運行時的Cache缺失率,進而大幅提高了其性能。它提供了一種新穎的在構(gòu)件化操作系統(tǒng)中設(shè)計和實現(xiàn)高性能調(diào)度器的解決方案。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP332
【圖文】：

由這個執(zhí)行對象將執(zhí)行流引入目標端口。這種方式是為了兼容傳統(tǒng)通信機制而引入的。圖5.17中給出了三種通信方式的流程圖。服務(wù)體通信過程中，消息在不同的服務(wù)體地址空間中傳遞，為了加速通信過程，消息傳遞時并不拷貝消息本身，而是在不同的服務(wù)體空間中映射消息內(nèi)容。核心服務(wù)體采用如下機制來完成此任務(wù):1.消息內(nèi)存由系統(tǒng)統(tǒng)一分配，使用統(tǒng)一管理的消息內(nèi)存區(qū);2.利用基本空間共享段進行消息映射，從而加速映射操作;3.消息大小為單個物理頁面，以方便映射。這樣便可以在服務(wù)體通信過程中做到零字節(jié)數(shù)據(jù)拷貝，使通信效率達到最高。

【引證文獻】

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 李靜梅;多核處理器的設(shè)計技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 黃濤;末級高速緩存性能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京大學;2013年

本文編號：2779528