Transactional memory优化技术研究

论文摘要

事务存储（Transactional memory）技术可以有效的提高并行程序设计的可编程问题。这一点在多核处理器逐渐普及的当今尤为重要。然而在Transactional memory投入使用过程中,存在操作系统支持不够和由于事务之间的冲突导致性能下降的问题。本文针对Transactional memory存在的以上问题开展研究。首先,在操作系统对Transactional memory的支持方面,提出并实现了事务的生命周期超越处理器中断和线程切换的思想,我们修改了线程控制块,中断处理和线程切换的流程以让事务的生命周期超越中断和线程切换,实现事务的虚拟化。其次,在降低事务冲突的方法上,我们提出了基于进程的事务冲突检测机制,其基本思想是,传统的事务冲突检测机制是在处理器的多核直接检测,然而当处理器并行执行多个进程时,没有共享内存之间的进程直接是不可能产生用户态的冲突,基于此,我们提出了基于进程ID的事务冲突检测机制,该机制可以有效的消除不同进程间产生的伪冲突。最后,我们基于Simics实现了Lazy-Lazy模型的Transactional memory模拟器,该模拟器具有速度快、全系统的优点。并且基于该模拟器,修改了Linux操作系统加入事务功能,以便让事务的生命周期超越中断和线程切换。此外,作者还在模拟器中加入bulk支持并且实现了基于进程ID事务冲突优化机制。初步的试验结果表明:事务的生命周期可以超越中断和线程切换;基于进程ID的事务冲突检测机制可以有效的消除不同进程之间的伪冲突。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 当前事务系统存在的问题
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 典型事务系统与事务虚拟化
• 2.1 典型事务系统概述
• 2.2 TCC 概述
• 2.2.1 事务执行流程
• 2.2.2 TCC 的结构
• 2.2.3 事务管理
• 2.3 LOGTM 概述
• 2.3.1 LogTM 的结构
• 2.3.2 版本管理（Version Management）
• 2.3.3 冲突管理（Contention Management）
• 2.4 BULK 概述
• 2.5 事务虚拟化概述
• 2.6 本章小结
• 第三章 事务虚拟化机制设计与实现
• 3.1 事务虚拟化的内涵和意义
• 3.2 事务线程切换虚拟化
• 3.2.1 传统线程切换
• 3.2.2 传统线程切换存在的问题
• 3.2.3 事务线程切换虚拟化的基本设计思想
• 3.2.4 虚拟化实现
• 3.2.4.1 事务线程切换时现场保护
• 3.2.4.2 事务线程重新调度时现场恢复
• 3.3 事务中断虚拟化
• 3.3.1 中断
• 3.3.2 中断在事务系统中存在的问题
• 3.3.3 事务中断虚拟化的基本设计思想
• 3.3.4 虚拟化实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于进程ID 的事务冲突检测优化机制
• 4.1 传统事务冲突检测的缺点
• 4.2 基于进程ID 号的事务冲突检测机制设计思想
• 4.3 基于进程ID 号的事务冲突检测机制设计方案
• 4.4 基于进程ID 号的事务冲突检测机制实现
• 4.4.1 线程控制块的实现
• 4.4.2 硬件寄存器的实现
• 4.4.3 判断冲突检测的实现
• 4.4.4 共享库函数编译
• 4.5 本章小结
• 第五章 试验方案和评测分析
• 5.1 模拟器介绍
• 5.1.1 SIMICS 模拟器
• 5.1.2 SPARC 结构
• 5.1.2.1 整型寄存器
• 5.1.2.2 特殊寄存器
• 5.1.2.3 寄存器窗口
• 5.1.3 TM-CACHE
• 5.2 编程接口介绍
• 5.3 测试用例介绍
• 5.4 事务虚拟化机制的性能评测
• 5.4.1 事务线程切换虚拟化性能评测
• 5.4.1.1 性能评测模型
• 5.4.1.2 性能分析
• 5.4.2 事务中断虚拟化性能评测
• 5.4.2.1 性能评测模型
• 5.4.2.2 性能分析
• 5.5 基于进程ID 的事务冲突检测机制的性能评测
• 5.5.1 性能评测模型
• 5.5.2 性能分析
• 5.5.2.1 试验测试过程
• 5.5.2.2 试验测试结果
• 5.5.3 总结
• 5.6 本章小结
• 第六章 主要成果和前景展望
• 6.1 主要成果
• 6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文