[發明專利]基于功能劃分的多線程共享多核處理器二級緩存的方法

無效

• 申請號: 200810062167.5
• 申請日: 2008-06-03
• 公開（公告）號: CN101286139A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 陳天洲;胡威;嚴力科;謝斌;黃江偉;章鐵飛;馮德貴;項凌祥;蔣冠軍;陳劍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08;G06F9/46;G06F9/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及多核多線程技術領域，特別是涉及一種基于功能劃分的多線程共享多核處理器二級緩存的方法。

背景技術

隨著集成電路技術的發展，處理器的性能提升已不能指望主頻的提高，要想使微處理器性能繼續按摩爾定律推進，使處理器能夠符合計算發展的需求，必須研究新的微架構和新的計算模型，因此單芯片多處理器(ChipMulti-processors，簡稱CMP)架構，也就是通常所說的多核，成為現在學術界和工業界關注的熱點，并已成為服務器和桌面領域的主流。

每種新的硬件體系結構的提出，必然要與相適應的軟件配合，才能發揮它的最大性能。目前的硬件已經完成了從單核到多核的跨越，但多核的軟件設計的研究還是處于百家爭鳴的狀態，雖然有了一定的研究成果，但新的方法、新的研究數據仍然曾出不窮。特別是在嵌入式多核領域，針對性的研究還是太少。而嵌入式芯片的產量和應用又是遠遠大于桌面系統和服務器系統，并且高端的嵌入式系統也早已嶄露頭角，并將繼續占領一個重要的地位。多核嵌入式作為其中的一個主要代表已漸漸成為嵌入式領域和多核領域的研究熱點。

從多核的快速發展中可以預見，多核即將被廣泛應用到一個更廣闊的市場——嵌入式系統。據統計嵌入式芯片占整個芯片市場的80％-90％[1]，而多核時代的到來將使得這個領域煥發出新的研究熱潮。由于底層體系結構的改變，許多嵌入式研究方向需要進行修正，包括實時性、可靠性、節能等等。雖然這方面的工作才公共起步，但必將在未來的幾年中成為嵌入式研究的主流。

嵌入式的軟件優化涉及到方方面面，包括實時性、可靠性、安全性、節能、系統吞吐量等等。但是實時性一直占據著其中最重要的位置。可以說實時性是航天、軍事、工業控制等領域的命脈。

實時性的本質問題是在一個給定的時間T內，系統必須完成所要完成的任務，如果完成的時間為t，t＜＝T?；谶@個限制，許多研究正試圖達到這個目的。但過去的研究主要從操作系統等間接層面來改善系統的實時性，無法觸及到根本問題——實時任務。多核系統的出現，使得多個程序可以真正地同時運行在一個系統。推而廣之，只要方法適當，可以將一個程序同時運行在不同的核上，每個核完成任務的一部分。由于系統資源的提升，可以將這個實時任務的完成時間縮為原來的一半，甚至更短。

目前多核處理器的二級緩存發生了改變，以往是每個核獨占一個二級緩存，而在如今的CMP(Chip?Multi-processor)的處理器中，以多個核為一組共享二級緩存，本發明通過基于功能劃分的多線程多核二級緩存來進一步地提升實時任務的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于功能劃分的多線程共享多核處理器二級緩存的方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案如下：

1)基于功能的多線程劃分：

根據程序的結構，將程序按照功能模塊進行劃分，形成基于功能劃分的多線程；

2)改進操作系統的線程分配：

操作系統在啟動的時候收集到關于多核處理器的所有信息，根據二級緩存的配置將處理器進行分組；當實時任務的開發者將任務分解后的線程共享關系傳入操作系統，操作系統根據這個共享關系和處理器的配置進行線程的類別劃分；將共享數據量大的線程劃分到一個線程類中，將會產生二級緩存訪問沖突的線程劃分到不同的類當中，最后將不同的線程類映射至多核組；

3)優化線程切換：

對操作系統的線程切換模塊的地址重新進行映射，將操作系統的線程切換模塊的地址映射到ScratchPad?Memory。

本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是：

本發明是一種基于功能劃分的多線程共享多核處理器二級緩存的方法，其主要功能是結合多核處理器上二級緩存的特點，對程序進行基于功能的多線程劃分，并在操作系統中設計了基于二級緩存共享的線程分配算法，提供劃分后任務的運行支持。

(1)高效性。本發明實現了多核處理器上二級緩存的多線程共享，可以大大提升系統實時任務的性能，從而降低系統的激勵-響應周期。

(2)實用性。多線程可以同時運行在系統上，將大大縮短整個任務的運行時間。

附圖說明

圖1是本發明的實施過程示意圖。

圖2是程序功能分解示意圖。

圖3是本發明的線程分配過程示意圖。

具體實施方式

本發明是一種基于功能劃分的多線程共享多核處理器二級緩存的方法，下面結合圖1說明其具體實施過程。

1)基于功能的多線程劃分：