Kylin超线程技术研究与实现

论文摘要

英特尔公司的超线程技术（Hyper-Threading Technology）是一项新的微处理器体系结构技术，它将SMT（Simultaneous Multithreading）技术引入到Intel体系结构中，通过复制体系结构状态（Architecture State）资源将一个物理处理器看成两个逻辑处理器，但共享一套物理执行资源（Execution Resource），这样允许两个任务（一个应用的两个线程或两个独立的应用）同时运行，增加了微处理器的利用率，通过访存和计算的重叠降低了访存延迟对性能的影响。 虽然Intel提供了超线程微处理器，但如果操作系统不能有效识别和支持超线程，则超线程微处理器如同普通微处理器一样，不能发挥性能。本文的主要工作就是研究Kylin操作系统如何有效支持的Intel超线程处理器。 本文完成的工作主要包括： 首先分析了当前商用的SMT技术，特别是Intel超线程技术，提出了操作系统需要进行的几点支持。 其次，提出了一种基于处理器的性能比计算模型的超线程感知调度算法，调度两个加速比较大的线程在超线程处理器中并行执行。 然后，设计实现了超线程感知的Kylin内核调度器，针对超线程技术进行了相应的调度优化。 最后评测了超线程感知内核调度器的有效性。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题来源
• §1.2 课题研究背景
• §1.3 课题研究的内容和完成的工作
• §1.4 论文的组织
• 第二章 操作系统同时多线程（SMT）技术
• §2.1 处理器指令并行方式
• 2.1.1 多发射处理器
• 2.1.2 多线程处理器
• 2.1.3 片上多处理器（CMP）
• 2.1.4 同时多线程技术（SMT）
• §2.2 商用的SMT处理器
• 2.2.1 Intel超线程（Hyper-Hyperthreading）处理器
• 2.2.2 IBM Power 5
• §2.3 同时多线程的操作系统支持
• 2.3.1 对SMT体系层次结构的支持
• 2.3.2 SMT环境中无效操作问题
• 2.3.3 Cache问题
• 2.3.4 线程并行执行的问题
• §2.4 本章小结
• 第三章 Kylin超线程感知调度算法设计
• §3.1 当前主流操作系统的调度器
• 3.1.1 Linux调度器
• 3.1.2 FreeBSD调度器
• §3.2 Kylin超线程感知调度算法设计
• 3.2.1 同属进程的交互性研究
• 3.2.2 超线程系统性能评价公式
• 3.2.3 性能比计算模型
• §3.3 本章小结
• 第四章 Kylin超线程感知内核调度器设计与实现
• §4.1 Kylin线程调度框架
• 4.1.1 操作系统线程模型概述
• 4.1.2 Kylin线程调度模型
• §4.2 Kylin内核线程模型
• 4.2.1 内核线程相关结构及其相互关系
• 4.2.2 内核线程相关状态模型
• §4.3 超线程感知内核调度器队列机制
• 4.3.1 Kylin传统的单队列机制
• 4.3.2 多就绪队列
• 4.3.3 就绪队列分配
• §4.4 超线程感知线程调度
• 4.4.1 性能数据采集和记录
• 4.4.2 线程优先级的动态调整
• §4.5 本章小结
• 第五章 性能测试和分析
• §5.1 线程性能测试
• 5.1.1 测试环境
• 5.1.2 测试方案
• 5.1.3 LMbench测试结果和分析
• §5.2 Volanomark综合性能测试
• §5.3 SPEC CPU2000测试
• 5.3.1 测试方案
• 5.3.2 结果和分析
• §5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• §6.1 工作总结
• §6.2 研究展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 参考文献