摘 要：多核處理器新技術(shù)層出不窮，與此同時(shí)多核技術(shù)的發(fā)展同樣還需要解決諸多的問題與面臨新的挑戰(zhàn)。為了緩解主存與微處理器之間的巨大速度差異，在微處理器中通常集成高速緩存，即cache。本文重點(diǎn)介紹了在多核處理器體系結(jié)構(gòu)下針對(duì)共享高速緩存的一些最新的劃分技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用大大地提升了系統(tǒng)的整體性能。

關(guān)鍵詞：高速緩存；多核處理器；微處理器；劃分技術(shù)

1 研究背景及意義

片上多處理器（Chip Multiprocessor，CMP）是由美國(guó)斯坦福大學(xué)提出的，其思想是將大規(guī)模并行處理器中的SMP（對(duì)稱多處理器）集成到同一芯片內(nèi)，各個(gè)處理器并行執(zhí)行不同的進(jìn)程。多核技術(shù)是處理器發(fā)展的必然。

國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者提出了各種各樣的新技術(shù)，對(duì)多核架構(gòu)下的高速緩存進(jìn)行了改進(jìn)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，最終使得系統(tǒng)在吞吐率，整體公平性以及加權(quán)加速比等方面都有大幅的提高。

2 共享Cache劃分技術(shù)

2.1 共享Cache劃分概念

共享cache劃分技術(shù)能夠?qū)⒐蚕韈ache劃分為多個(gè)獨(dú)立的cache區(qū)間，每個(gè)任務(wù)獨(dú)占一個(gè)共享cache區(qū)間直至任務(wù)結(jié)束。劃分的依據(jù)是根據(jù)每個(gè)任務(wù)的需求不同進(jìn)行更合理的智能的分配，例如根據(jù)每個(gè)任務(wù)的性能增益大小，即單位cache塊失效率變化的大小進(jìn)行分配。

2.2 Cache劃分最新技術(shù)

2.2.1 面向性能的cache劃分

所光等[1]在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了新的共享cache劃分的目標(biāo)函數(shù)。他研究發(fā)現(xiàn)在處理器上并行運(yùn)行的進(jìn)程失效率之和最低并不能代表系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳狀態(tài)，而應(yīng)該尋找系統(tǒng)的吞吐率最大值。因此作者設(shè)計(jì)了以系統(tǒng)IPC為目標(biāo)函數(shù)的劃分算法。作者在文中引用了失效率監(jiān)控器和關(guān)于IPC與CPI轉(zhuǎn)換公式，來獲得各個(gè)進(jìn)程的失效率從而進(jìn)一步代入到公式計(jì)算出在各個(gè)不同cache分配下總和IPC之和，找到使IPC最大的分配結(jié)果。

2.2.2 面向公平性的cache劃分

Yeh[2]在非一致性cache訪問結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了快速公平的cache劃分方法，同時(shí)考慮了服務(wù)質(zhì)量，是公平性與服務(wù)質(zhì)量二者的結(jié)合。文中Yeh設(shè)計(jì)了基于性能的共享適應(yīng)cache結(jié)構(gòu)（Performance-Driven Adaptive Sharing），在該結(jié)構(gòu)中分布式cache包括動(dòng)態(tài)劃分控制器以及屬于各個(gè)內(nèi)核的專有cache簇。這樣每個(gè)內(nèi)核不僅可以訪問屬于自己簇的私有cache，同時(shí)也可以訪問其他簇的cache中的數(shù)據(jù)。因此將所有分布的cache看成一個(gè)大的共享cache進(jìn)行劃分，劃分的依據(jù)通過變換不同內(nèi)核的cache數(shù)量以取得最大的性能增益。這樣保證公平性的同時(shí)也獲得了較高的服務(wù)質(zhì)量。

2.2.3 面向服務(wù)質(zhì)量（QoS）的cache劃分

基于服務(wù)質(zhì)量共享cache劃分策略目標(biāo)是系統(tǒng)可以區(qū)分不同的訪存流，并且根據(jù)具體任務(wù)需求、程序局部性特征和延遲敏感性等參數(shù)建立分配模型。研究人員設(shè)計(jì)出根據(jù)每個(gè)任務(wù)服務(wù)的質(zhì)量來感知的動(dòng)態(tài)劃分[3]。

3 總結(jié)

本文介紹了在CMP架構(gòu)下對(duì)于高速緩存的一些最新技術(shù)，從Cache劃分的不同方面進(jìn)行了闡述。這些新技術(shù)分析，研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同，有的針對(duì)系統(tǒng)失效率，有的針對(duì)吞吐率，有的則針對(duì)公平性。通過本文的介紹給今后的科研工作者以有益的幫助。

[參考文獻(xiàn)]

[1]SuoG，YangX.IPC-Based Cache Partitioning：An IPC- Oriented Dynamic Shared Caehe Partitioning Mechanism [C]Proceedingsofthe 2008 International Conferenee on Convergence and HybridInformation Technology一Volume00，2008：399一406.

[2]T.Y.Yeh and G.Reinman.，“Fast and Fair： Data-stream Quality of Service”，In Proceedings of the 2005 International Conference on Compilers， Architecture，and Synthesis for Embedded Systems，237-248，2005.

[3]Fei Guo，Hari Kannan，Li Zhao，Ramesh Illikkal Kannan H，Guo F，Zhao L，et al.From Chaos to QoS：CaseStudies in CMP Resource Management[J].ACM SIGARCH Computer Architecture News，2007，35（1）：21-30.68