【摘要】：近年來(lái),以共享片內(nèi)Cache為特征的片上多處理器( Chip of Multiprocessors,CMPs)架構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于桌面計(jì)算機(jī)。服務(wù)器平臺(tái)上,對(duì)提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能起到了巨大的推動(dòng)作用。借助虛擬化技術(shù),多個(gè)用戶能夠充分共享CMP中集成的豐富計(jì)算資源,而且隨著x86架構(gòu)虛擬化的突破,虛擬化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器整合。安全計(jì)算平臺(tái)。內(nèi)核調(diào)試與開(kāi)發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域。然而,現(xiàn)有的虛擬化系統(tǒng)多針對(duì)對(duì)稱多處理器(Symmetric Multiprocessrors,SMPs)架構(gòu)設(shè)計(jì),移植到CMP架構(gòu)后,多個(gè)虛擬機(jī)競(jìng)爭(zhēng)共享緩存的問(wèn)題變得非常嚴(yán)重,嚴(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此,在虛擬化系統(tǒng)中,如何避免多個(gè)虛擬機(jī)之間的共享緩存競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題,充分發(fā)揮出CMP處理器架構(gòu)的優(yōu)勢(shì),已成為擺在研究者面前的一項(xiàng)新課題。 現(xiàn)有的工作多采用靜態(tài)Cache劃分的方法來(lái)隔離多個(gè)虛擬機(jī)之間的共享緩存競(jìng)爭(zhēng)。該方法存在很嚴(yán)重的缺點(diǎn),即需要在虛擬機(jī)啟動(dòng)前手動(dòng)分配Cache大小,并且該方法只能被動(dòng)地實(shí)現(xiàn)性能隔離,無(wú)法主動(dòng)利用程序的運(yùn)行時(shí)特征來(lái)提高性能。 本文在廣泛深入研究虛擬機(jī)環(huán)境下二級(jí)緩存對(duì)應(yīng)用程序影響的基礎(chǔ)上,探索并提出了在CMP處理器平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)Cache劃分系統(tǒng)的方法,并取得了以下研究成果: (1)提出了虛擬機(jī)環(huán)境下面向二級(jí)緩存的應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)特征分類方法。以SPEC CPU2006程序集為例,研究了應(yīng)用程序工作集與處理器緩存之間的關(guān)系,結(jié)合程序測(cè)試結(jié)果,依據(jù)程序的靜態(tài)特征將其分為Cache敏感型。Cache污染型和Cache無(wú)關(guān)型三類;通過(guò)進(jìn)一步研究程序運(yùn)行時(shí)二級(jí)緩存失效率的變化,按程序的運(yùn)行時(shí)特征將其分為顛簸型程序和平緩型程序兩類。該分類方法為虛擬機(jī)環(huán)境下動(dòng)態(tài)Cache劃分算法的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 (2)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)環(huán)境下動(dòng)態(tài)Cache劃分算法。該算法采用頁(yè)面著色思想,通過(guò)約束虛擬機(jī)所能夠訪問(wèn)的內(nèi)存頁(yè)面來(lái)實(shí)現(xiàn)Cache的隔離,并且能夠依據(jù)程序?qū)ache的需求動(dòng)態(tài)地調(diào)整虛擬機(jī)之間的Cache比例,在實(shí)現(xiàn)Cache隔離的同時(shí)提高虛擬化系統(tǒng)的性能。 我們?cè)赬en虛擬化系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了該動(dòng)態(tài)Cache劃分算法,并以SPEC CPU2006為基礎(chǔ)構(gòu)建工作負(fù)載進(jìn)行性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用動(dòng)態(tài)Cache劃分方法后,系統(tǒng)性能比未劃分情況下最高提高了5%,在顛簸型程序負(fù)載下,系統(tǒng)性能比靜態(tài)Cache劃分系統(tǒng)提高了7%。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP332
【圖文】：

圖 3.2 CINT2006 測(cè)試程序 L2 Cache 失效率圖 3.3 CFP2006 測(cè)試程序 L2 Cache 失效率實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)，無(wú)論是程序性能的提升，還是 L2 Cache 失效率，都是程

第 26 頁(yè)圖 3.3 CFP2006 測(cè)試程序 L2 Cache 失效率實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)，無(wú)論是程序性能的提升，還是 L2 Cache 失效率，都是程行完畢后總的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以稱之為程序的靜態(tài)特征 考慮程序工作集與 CP緩存大小之間的關(guān)系，可以將應(yīng)用程序分為以下三種：（1）Cache 敏感型程序：如果程序的工作集同處理器的二級(jí)緩存大小相差不則減小二級(jí)緩存肯定會(huì)降低此類程序的性能，我們稱之為具有 Cache 敏感型的特征；（2）Cache 污染型程序：如果程序的工作集遠(yuǎn)大于處理器的二級(jí)緩存，比如幾十甚至幾百 MB，此時(shí)減小二級(jí)緩存的大小對(duì)它影響不大 這類程序還有一重要的特點(diǎn)，由于它極差的局部性特征，使得在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)不斷地進(jìn)行

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文he 塊的替換，這樣就很可能 擠掉 其他程序的有用數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其他程序性能降，具有這類特點(diǎn)的程序就是我們稱之為 Cache 污染型程序；（3）Cache 無(wú)關(guān)型程序：這類程序的工作集遠(yuǎn)小于處理器二級(jí)緩存的大小，只有幾百 KB，減少二級(jí)緩存的大小不會(huì)對(duì)程序帶來(lái)很大的影響 而且，由于局部性很好，也不會(huì)影響其他程序的性能，稱之為 Cache 無(wú)關(guān)型程序

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 洪龍;中介真值程度的度量及其在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 蔣寧;嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的緩存優(yōu)化與實(shí)時(shí)事務(wù)調(diào)度[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2796551