面向大数据处理的多核处理器Cache一致性协议

【摘要】：高新技术飞速发展,产生的数据量正以人们无法预计的方式不断的增加,因此面向大数据处理的微处理器需要快速处理大量不同类型的数据。大数据的价值密度低,所以处理器内核间需要交互的数据量变少,如果继续采用面向科学计算的多核处理器Cache一致性协议,将加大整个系统的压力,降低处理器频率。本文根据大数据的特征,设计了面向大数据处理的多核处理器Cache一致性协议——MERSI协议。本文主要工作如下:(1)针对多个共享副本同时应答所带来的开销,在MERSI协议中,当系统有多个共享副本时,只有唯一一个副本为共享应答状态,其余副本状态为“S”状态。当远程处理器对该数据进行操作时,由共享应答状态副本进行应答操作,“S”状态副本不应答。这样可以避免多个共享副本同时对远程操作进行应答带来的系统开销。(2)针对Cache负载不均衡问题,在MERSI协议中,共享应答状态副本在进行应答操作之后变为其余相应的状态,同时请求者副本的状态变为共享应答状态。下一次操作由变为共享应答状态的副本进行应答操作,这样就避免了一个Cache过于忙碌而其余Cache产生饥饿。(3)针对Cache乒乓效应的开销,在MERSI协议中采用写作废和写更新的混合策略。系统中只有两个共享副本时采用写更新策略,系统中有两个以上共享副本时采用写作废策略。采用混合写策略可以大大的减少乒乓效应带来的系统开销。(4)在性能测试部分,选取了SPLASH-2并行程序测试集中LU、Ocean、Radix、FFT和Water五个测试程序来完成多核处理器Cache一致性协议的性能测试。首先对目录结构的组织方式对系统性能的影响和Cache块大小对系统性能的影响进行了测试。然后对处理器内核数以及网络拓扑结构对系统的影响进行了测试与分析。最后将MERSI和MESI协议进行性能对比,MERSI比MESI协议性能平均提升了3.58%;在L1Cache的失效率方面,MERSI比MESI协议平均降低了3.18%。基本达到了MERSI协议的设计目标。
【关键词】：大数据 MERSI协议 Cache负载不均衡 混合写策略 GEM5模拟器
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332