一种消除多核平台程序执行不稳定性的算法 - 计算机应用与软件.PDF

第３２卷第７期　　　 计算机应用与软件 Ｖｏｌ３２Ｎｏ．７ ２０１５年７月　　 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ Ｊｕｌ．２０１５ 一种消除多核平台程序执行不稳定性的算法 周克勇　张为华 （复旦大学软件学院　上海２０１２０３） （上海市智能信息处理重点实验室（复旦大学）　上海２０１２０３） 摘　要　　随着单个核上晶体管密度不断增加，摩尔定律难以继续生效。自２００５年以来，ＣＰＵ设计者更多地致力于通过增加核的 数量来进一步提高处理器的计算能力。然而，由于多核平台各个核之间的相互影响（如Ｃａｃｈｅ一致性协议）以及资源竞争（总线、 ＬａｓｔＬｅｖｅｌＣａｃｈｅ等）等因素，导致同一个程序（或者同一组程序的组合）在多次执行的时候性能表现出显著差异。这种不稳定现象 给多核平台相关各种评估造成了极大障碍。为了解决不稳定性现象带来的问题，目前主流研究主要集中在两个方向：基于统计的分 析和消除不稳定性。该细介绍这两类技术，并讨论它们的不足。针对不足，综合分析了影响多核并行程序执行不稳定的因素，并在 此基础上提出了一种新的消除不稳定性的算法，该算法可以针对每一种因素进行逐一消除，最终实现全面消除不稳定性因素。实验 数据显示，该算法能够有效消除多核平台程序执行的不稳定现象。 关键词　　多核体系结构　并行　不稳定性 中图分类号　ＴＰ３　　　　文献标识码　Ａ　　　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１５．０７．００４ ＡＮＡＬＧＯＲＩＴＨＭＥＬＩＭＩＮＡＴＩＮＧＰＲＯＧＲＡＭＳＥＸＥＣＵＴＩＯＮＶＡＲＩＡＢＩＬＩＴＹ ＯＮＭＵＬＴＩＣＯＲＥＰＬＡＴＦＯＲＭ ＺｈｏｕＫｅｙｏｎｇ　ＺｈａｎｇＷｅｉｈｕａ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ，ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ） （ＳｈａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ａｓｔｈｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｄｅｎｓｉｔｙｉｎａｓｉｎｇｌｅｃｏｒｅｃｏｎｓｔａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，Ｍｏｏｒ’ｓｌａｗｃａｎｎｏｔｃｏｎｔｉｎｕｅｔｏｔａｋｅｅｆｆｅｃｔ．Ｓｉｎｃｅ２００５，ＣＰＵ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｈｉｆｔｉｎｇｔｈｅｉｒｆｏｃｕｓｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｒｅｓｔｏｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｍｏｔｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｔｅａｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｕｅｔｏ ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｒｅｓ（ｅ．ｇ．ｃａｃｈｅｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）ａｎｄｒａｃｅｓｏｎｓｈａｒｅｄｒｅｓｏｕｒｃｅ（ｅ．ｇ．ｍａｉｎｂｕｓ，ｌａｓｔｌｅｖｅｌ ｃａｃｈｅ，ｅｔｃ．），ｔｈｅｓａｍｅｐｒｏｇｒａｍ（ｏｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆａｇｒｏｕｐｏｆｐｒｏｇｒａｍｓ）ｐｒｅｓｅｎｔｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｕｒｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ．Ｓｕｃｈｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｄｕｃｅｓｈｕｇｅｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｖａｒｉｏｕｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｐｅｒｔａｉｎｉｎｇｔｏｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎｃｕｒｒｅｄｂｙｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｃｕｒｒｅｎｔｍａｉｎｓｔｒｅａｍｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｏｎｔｗｏｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ：ｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｂａｓｅｄａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ．