众核处理器片上同步机制和评估方法研究

同步机制是片上多核/众核处理器正确执行和协同通信的关键,其效率对处理器的性能非常重要.针对片上众核体系结构,提出并实现了两种粗粒度同步机制和一种细粒度同步机制,即片上专用硬件支持的同步机制、基于原语的片上互斥访问同步机制和基于满空标志位的细粒度同步机制;提出了粗粒度同步机制的评估标准和评估方法,并设计了量化评估程序.以片上同构众核处理器Godson-T模拟器和AMD Opteron商业片上多核处理器为平台,评估比较了提出的硬件支持的同步机制与基于原语的同步机制的性能.结果表明,硬件支持可以使得片上众核处理器的同步机制性能明显提高;在传统基于原语的同步机制中,大部分性能损失是由于负载不平衡和同步点的串行化操作而造成的等待时间.     

面向流处理结构的Barrier同步实现

Barrier同步操作是能够直接影响处理器性能的一类操作.针对流处理器体系结构,提出并实现了2种软件同步机制和1种硬件同步机制,即基于互斥计数器的Barrier同步、基于共享状态寄存器的Lock-free Barrier同步和基于专用硬件管理单元的Barrier同步;在一款流处理器原型系统中测试并分析了在不同负载规模、不同负载分布、典型应用情况下3种同步机制的性能.结果表明,基于专用硬件管理单元的Barrier同步机制性能更优.     

基于硬件锁的多线程同步设计和实现

硬件锁用简单的取数指令实现“取并加一”或“取并减一”的原子操作.首先介绍了通用多核多线程FT处理器实现的硬件锁机制,并和软件锁机制进行了比较,之后介绍了使用硬件锁机制实现多线程同步的方法,然后在GNUOpenMP运行库中设计并实现了利用硬件锁的多线程同步机制,最后采用典型OpenMP测试程序对使用硬件锁和使用软件锁的同步操作性能进行了评估和分析.     

带标记信号量——一种新型同步与互斥机制

1 问题的引出信号量机制是E.W.Dijkstra最先提出来的,是并发程序设计中一种基本的、重要的同步与互斥原语,也是研究并发程序行为的重要机制。其描述能力强、机理简单、易于掌握,能方便地描述处理绝大多数并发程序设计的同步与互斥问题(如共享变量的保护)。信号量原语自问世二十余年来,已广泛地应用于     

基于信号量机制的理发师模型在复杂语义下的研究

理发师问题是计算机科学中多系统进程间通信和同步的经典问题之一,研究者们多在原始版本基础上进行 扩展,形成较多版本,没有考虑问题语义变化产生的新问题。从生活原型和问题语义的角度出发,对理发师问题进行 新的语义分析,提出面向资源的模式分析方法,给出了利用Try-p信号量机制和PV原语解决具有复杂语义进程间同 步问题的算法和方案。     

面向众核系统的层次化栅栏同步机制

同步操作在保证多核处理器线程的数据一致性和正确性等方面起着重要作用。随着处理器内核数量的不断增加,同步操作的开销也越来越大。栅栏同步是并行应用中多核同步的重要方法之一。软件同步方法通常需要数千个周期才能完成多个内核之间的同步,这种高延迟和串行化同步会导致多核程序性能的显著下降。相比于软件栅栏同步方法,硬件栅栏能够实现较低的同步延迟,然而传统集中式硬件栅栏的可扩展性有限,难以适应众核处理器系统的同步需求。面向众核处理器提出了一种层次化硬件栅栏机制——HSync,它由本地栅栏单元和全局栅栏单元组成,二者协调配合,以实现低硬件开销的快速同步。实验结果表明,与传统的集中式硬件栅栏相比,层次化硬件栅栏机制将众核处理器系统性能提高了1.13倍,同时网络流量减少了74%。     

虚拟环境下硬件事务内存辅助的同步机制

在虚拟化系统中,双重调度问题普遍存在。过度负载的现象进一步加剧了双重调度问题,造成了不可忽视的性能下降。如何在保护系统公平性的同时,缓解双重调度问题带来的负面影响,提高系统的整体性能,成为一个重要的课题。通过研究双重调度引发的同步机制效率问题,结合硬件事务内存的特点,为虚拟机内核设计了新的同步机制SPINRTM。一方面,SPINRTM基于硬件事务内存不可被打断的特性,保护了虚拟机内的临界区间,使其不被打断,有效缓解了双重调度问题;另一方面,SPINRTM结合了传统的排队自旋锁,保护了硬件事务内存的运行效率,也维护了系统的公平性。测试证明,在超负载的情况下,SPINRTM能够在保护系统公平性的同时,提高系统的整体性能。     

嵌入式操作系统中非阻塞的同步机制

传统阻塞同步的缺点在于容易引起进程死锁和优先级的翻转，为了有效解决此类问题，出现了一种新的同步机制——非阻塞同步，该同步机制主要包括锁自由同步和等待自由同步。介绍了非阻塞同步在操作系统中的实现前提——同步原语和类型稳定的存储器管理以及它的实现技术，最后根据嵌入式系统的特点，提出了把非阻塞同步用于嵌入式操作系统的思想。     

点对点通信原语并行转换方法仿真研究

针对传统点对点通信原语并行转换方法无法集中分析内部数据结构,导致整体转换效果较差的问题,提出一种MPI程序下点对点通信原语并行转换方法。分析当前原语代码数据结构,完成对应结构化操作,基于并行解码的上行数据交换数据,根据数据理论分析获取数据节点冲突概率,引入高密度MDSCAN聚类算法实现符号的数据簇分类,利用Omega数据库的运算通信模式转换原语,实现通信原语转换为原语数据集。实验结果表明,研究方法的原语数据集抗压比和数据贴合度明显提高,数据显著性更好,转换效果更理想。     

一种基于多核嵌入式系统的TD-LTE同步校正方法

针对TD-LTE系统中同步性错误随机发生的问题,提出了一种通过ARM+DSP+FPGA平台的嵌入式系统实现帧号和原语的同步校正方法。该方法基于TD-LTE射频一致性测试仪表硬件平台,通过该嵌入式系统中ARM、DSP、FPGA间的协调工作,由GPMC模块通过帧号和原语两方面对系统同步性进行校正。在TD-LTE射频一致性测试仪表硬件平台中进行了验证,结果表明,该方法在实现帧号与子帧号同步校正的基础上明显提高了TD-LTE系统通信的稳定性。