文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
一种基于事务存储模型的多核结构上编程模型设计和实现
姓名:陈嘉
申请学位级别:硕士
专业:计算机系统结构
指导教师:安虹
20060501
摘要硬件限制的方面所作的工作,提出利用多层次抽象和软/硬件结合的方法才循环、子程序调用和多线程结构的编程模型,编译器通过将程序转化为符合事务执行模型的形式实现了对程序的自动并行化。杓坪褪迪至苏攵匝模型的支持下,薪咏咝缘脑龀ぃ得鞲貌⑿斜喑棠P湍芄怀浞址⒕程序中潜在的细粒度线程级并行性,同时保持并行程序设计的简单性。本文还讨论了影响事务存储编程模型性能的几个重要因素,提出了进一步的研究关键词多核芯片结构需要解决的最具挑战性的问题之一是设计能够充分发挥这种结构优势的并行程序设计模型。在多核结构上采用由用户显式制导的并行程序设计模型,使用锁和同步变量来实现同步的方法存在很大的局限性。事务存储模型提供了一种在多核结构上程序并行执行和同步的方法,能够解决由锁机制带来的一系列问题,提高程序的并发性。.是我们提出的一种基于事务存储模型的多核结构,它利用软/硬件协作的方式支持对串行程序中常用语言结构的自动并行化并提供对多线程编程模型的支持,对程序员提供了更为方便的编程模型。本文主要的研究内容和成果包括下面几个方面:治隽讼钟胁⑿邢统由于存储一致性和锁机制设计带来的系统实现和编程上的困难,对比性地说明了事务存储模型的优点。详细分析和对比了现有的事务存储系统在解决是提供更高抽象级编程模型的可行途径。杓坪褪迪至薚上针对环结构的系统库函数和结构,通过调用硬件原语对用户层提供特定的功能。訤程序的线程化为例,从处理器个数对的影响和并行化软件开销方面进行性能评价。初步实验评估表明,处理单元从黾拥鍪保谖颐巧杓频谋喑方向。多核芯片结构;并行程序设计模型;事务存储;自动并行化中国科学技术大学工学硕士学位论文
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图目录绦蛑械娜阊方峁埂图并行结构层次抽象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图层次抽象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图共享地址空间系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图消息传递系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图处理器间同步实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图胠痵完成的同步操作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图几种一致性协议对序的限制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图事务存储模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P汀图橄蟛愦谓涌凇娜恚布岷戏桨浮ジ鼋诘憬峁埂噶钣梅ā噶钣梅ā峁褂布愦魏腿恚布涌凇图循环结构编程模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图多线程结构编程模型】...⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图子程序调用执行模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图多线程结构执行模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图攵匝方峁沟谋嘁胱;峁沟刂房占洹图子程序调用编译转化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图蔡投琗组织方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图嘁胱;蟮慕峁埂图ň只峁固搴头庾昂氖褂谩图镅越峁购陀没В低辰涌诘亩杂叵怠图处理单元个数和墓叵怠图软件开销⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯中国科学技术大学工学硕士学位论文
⑿⒄沟姆较流水线深度,分支预测错误代价因为流水线刷新的代价变大而增加。集成电路技术的发展大大增加了芯片集成的密度,在几年中,一个芯片上集成的晶体管数目可能达到亿个。为了有效的利用它,必须有效开发程序的并行性提高芯片的利用率。传统的处理器一般依赖单线程上提取指令级并行。,但是在单线程上提取嚼丛侥选L崛的方法是利用芯片中额外增加的晶体管资源从单个串行的指令队列中寻找更多可以并行执行的指令,提高每个时钟周期的并行度,从而提高机器的性能。开发指令级并行性的最常用的方法是超标量技术、超长指令字和超流水技术。超标量技术通过动态的提取无关的指令,隐藏因为访存延迟、控亍数据依赖带来的延迟,对于它来说,更大的发射宽度和指令窗口意味着更高的性能。超长指令字技术是利用编译器静态提取可以同时发射的指令,虽然编译器提供了无限大的指令窗口,但是更大的发射宽度依然需要由硬件提供。超流水技术通过将一个流水段拆分为几个流水段,让每个流水段尽量做更少的事情,从而通过提高芯片时钟频率的方法来提高处理器的性能。但是这也加深了但是现在通过超标量技术、超长指令字和超流水技术开发指令集并行性越来越困难。访存延迟,控制相关和数据依赖造成了长的延迟、降低了指令之间并行度,从而使一个线程不足以提供足够的指令。这使得开发指令集并行性越