[發(fā)明專利]用于多線程處理的使用信號量的方法和設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110460725.5
• 申請日: 2004-12-23
• 公開（公告）號: CN102622271A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江宏;T·A·皮亞扎
• 申請（專利權(quán)）人: 英特爾公司
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/52
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 姬利永

本發(fā)明專利申請是國際申請日為2004年12月23日、中國國家階段申請?zhí)枮?00480039052.4、題為“基于行為模型的多線程體系結(jié)構(gòu)”的專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于多線程處理的技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)，尤其涉及用于多線程處理的使用信號量的技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)。

背景

“信號量”(也稱為“臨界段”或“互斥信號”)是一種允許其中多個進程競爭共享資源(例如，存儲器、文件)的操作的協(xié)調(diào)或同步的硬件和軟件構(gòu)造。一般而言，信號量是儲存在操作系統(tǒng)存儲器的指定位置中進程可檢查和改變的值。基于信號量的值，進程可訪問共享資源，或等待一段時間并再次檢查信號量。

常規(guī)計算機系統(tǒng)中的信號量通常使用對原子“測試與置位”或相似類型的指令(例如，鎖定、位測試、位測試與置位、位測試與復位)的硬件支持而被實現(xiàn)為軟件例程。使用該信號量實現(xiàn)，可通過共享(例如，全局)數(shù)據(jù)以及一個或多個信號量來建立生產(chǎn)者-消費者通信關(guān)系。信號量允許由試圖修改數(shù)據(jù)的多個進程中選中的一個來修改共享數(shù)據(jù)，這提供了數(shù)據(jù)一致性。

該信號量構(gòu)造是“被動的”，因為線程必須執(zhí)行輪詢操作來獲取信號量。輪詢需求消耗了以別的方式可用于其它目的的處理器和系統(tǒng)資源。因此，傳統(tǒng)的信號量會導致效率低下。

附圖簡述

在附圖的各圖中作為示例而非局限示出了本發(fā)明，附圖中，相同的參考標號引用相同的元素。

圖1是大量的多線程處理器體系結(jié)構(gòu)的一個實施例的框圖。

圖2是線程調(diào)度和信號量初始化操作的協(xié)調(diào)的一個實施例的流程圖。

圖3a-3d是其中可使用信號量來同步線程執(zhí)行的從屬關(guān)系的概念圖示。

詳細描述

在以下描述中，為解釋起見，陳述了眾多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚，本發(fā)明可不采用這些具體細節(jié)來實施。在其它情況下，以框圖形式示出了結(jié)構(gòu)和設(shè)備以避免模糊本發(fā)明。

對主動信號量的示例使用的綜述

此處所描述的是其中多個并行被動指令線程(后文稱為“線程”)使用“主動”信號量來協(xié)調(diào)對共享資源的訪問的體系結(jié)構(gòu)和相關(guān)聯(lián)的方法。該信號量被稱為主動的是因為信號量實體向執(zhí)行和/或控制電路發(fā)送消息以使線程狀態(tài)改變。例如，線程可由線程調(diào)度器響應(yīng)于未決從屬關(guān)系而置于睡眠(或不活動)模式，這可由信號量來指示。對應(yīng)于該從屬關(guān)系的線程狀態(tài)變量用于指示該線程處于睡眠模式中。

當解決了從屬關(guān)系時，向控制電路(例如，線程調(diào)度器)傳遞一消息，以使該從屬關(guān)系變量被清除。響應(yīng)于所清除的從屬關(guān)系變量，該線程被置于活動(或喚醒)狀態(tài)中。執(zhí)行可在活動狀態(tài)的線程上繼續(xù)。

繼續(xù)上述示例，如果線程試圖獲取信號量卻無法獲得，則該線程被置于不活動狀態(tài)。由于線程是不活動的，因此它無法輪詢該信號量以確定由該信號量指示的從屬關(guān)系何時被解決，這是現(xiàn)有技術(shù)中所需要的。該線程保留在不活動狀態(tài)，直到接收(例如，從信號量實體)到指示從屬關(guān)系被解決的消息。響應(yīng)于該消息，線程被置于活動狀態(tài)中，這允許執(zhí)行繼續(xù)。

圖1是大量多線程處理器體系結(jié)構(gòu)的一個實施例的框圖。如此處所使用的，標簽“大量多線程”體系結(jié)構(gòu)指的是包括可支持多線程執(zhí)行的多個處理器的體系結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，每一處理器可支持一個或多個線程。單個處理器上的多線程通過允許在其它線程處于非活動狀態(tài)的同時執(zhí)行活動線程來實現(xiàn)高執(zhí)行效率。在信號量上待決的非活動狀態(tài)中的線程不會消耗/浪費處理器資源。盡管描述是針對大量多線程體系結(jié)構(gòu)的，但是信號量構(gòu)造和相關(guān)聯(lián)的方法適用于任何多線程體系結(jié)構(gòu)，而無論支持的線程數(shù)是多少。

大量多線程系統(tǒng)100包括儲存要在執(zhí)行期間由一個或多個處理核心使用的數(shù)據(jù)和指令的存儲器分層結(jié)構(gòu)110。存儲器分層結(jié)構(gòu)110可以包括本領(lǐng)域中已知的任何方式的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、一級或多級指令高速緩存、一級或多級數(shù)據(jù)高速緩存、以及一級或多級共享指令和數(shù)據(jù)高速緩存。線程分派器120與存儲器分層結(jié)構(gòu)110耦合，它接收諸如與新線程相關(guān)聯(lián)的指令指針以及數(shù)據(jù)和/或數(shù)據(jù)指針等信息。線程分派器120也經(jīng)由消息總線125與處理核心耦合。在一個實施例中，線程分派器120負責管理處理核心的線程資源。在接收新待決線程之后，線程分派器120選擇具有執(zhí)行該待決線程的資源的一個處理核心，并將該線程分派到所選擇的處理核心。在處理核心上完成現(xiàn)有線程之后，通知線程分派器120，從而使得該處理核心上的線程資源可用于將來的待決線程。