多核处理器核间通信技术研究

论文摘要

随着半导体制造工艺的不断进步以及单核处理器暴露出来的许多局限,多核处理器成为应用需求和技术发展的必然产物。伴随着多核处理器的出现,也随之带来了一些问题,其中的核间通信技术就是当今计算机体系结构中研究的热点问题。目前,比较主流的多核处理器核间通信结构有两种：一种是基于总线共享的Cache结构,以美国斯坦福大学研制的Hydra多核处理器为代表,该结构适合于同构多核处理器；另一种是基于片上互连的结构,以麻省理工学院研制的RAW多核处理器为代表,该结构适合于异构多核处理器。本文首先介绍了核间通信的发展现状、多核处理器的引入以及多核处理器的分类。随后对进程的概念、进程间通信的工作原理以及进程间主要的三种通信方式进行了较为深入研究的基础上,针对目前已有两种通信结构的优缺点,提出了一种基于任务分类的核问通信模型,核与核之间通过共享内存来进行通信。该模型根据CPU处理任务的不同,将所处理的任务分成控制任务和计算任务,同时将多核分成计算核和控制核两类。其中,控制核的功能主要是控制计算机系统,处理服务器应用程序以及I/O存取；计算核的功能主要是计算和处理大量数据,例如多媒体数据处理,数据库数据处理,科学计算等。利用内核的亲和性,将要处理应用程序的I/O部分由控制核处理,而计算部分则由计算核来处理,两种处理核同时运行,来处理应用程序。同时,根据多核处理器之间通信的不同需求,基于该模型提出了三种不同的通信通道,包括：核与核之间通信、控制核与I/O设备通信、计算核与I/O设备通信。最后,利用多核模拟器软件GEMS,对系统进行了测试。实验结果证明,本文提出的基于任务分类的核间通信模型,减少了核与核之间的通信延迟,提高了多核处理器的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文的组织
• 第2章 多核处理器及其体系结构概述
• 2.1 多核处理器的介绍
• 2.1.1 单核处理器的局限
• 2.1.2 多核处理器的出现
• 2.2 多核处理器的分类及关键技术
• 2.3 多核处理器的存储体系结构概述
• 2.4 本章小结
• 第3章 多核处理器的核间通信机制
• 3.1 进程间通信方式
• 3.1.1 进程通信
• 3.1.2 信号量
• 3.1.3 共享内存
• 3.1.4 消息对列
• 3.2 现有多核处理器的通信机制
• 3.2.1 基于总线共享的Cache结构
• 3.2.2 基于片上互连的结构
• 3.2.3 两种通信结构的比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 多核处理器通信模型的设计及实现
• 4.1 TCCM通信模型设计
• 4.2 通信通道设计
• 4.2.1 三种通信通道设计
• 4.2.2 共享内存设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 模拟结果及分析
• 5.1 GEMS模拟器的选择和结构
• 5.1.1 GEMS模拟器介绍
• 5.1.2 GEMS模拟器组成和结构
• 5.2 模拟过程及结果分析
• 5.2.1 设置模拟参数
• 5.2.2 测试结果及结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢