[發明專利]用于統一內存訪問的計算機系統

有效

• 申請號: 201780096058.2
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN111247512B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 安東尼奧·巴巴拉斯;安東尼·利奧普洛斯
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G06F8/41
• 分類號: G06F8/41;G06F9/445;G06F9/50
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

本發明提供了一種用于統一內存訪問的計算系統100，包括：第一處理單元101和第二處理單元102；共享內存103，包括第一內存段104和第二內存段105；操作系統106，至少部分由所述第一處理單元101操作；應用107，至少部分由所述操作系統106操作。所述第一處理單元101和所述第二處理單元102連接到所述共享內存103。所述操作系統106用于：基于所述操作系統106和/或所述應用107中包括的需求信息，控制所述第一處理單元101和所述第二處理單元102中的至少一個以及所述共享內存103，從而將所述第一內存段104分配給至少一部分所述應用107，其中，所述需求信息包括可執行二進制代碼，其中，所述可執行二進制代碼包括至少一部分所述應用107所需內存段的類型和/或狀態的信息。

技術領域

本發明涉及一種用于統一內存訪問的計算系統及相應的方法。特別地，本發明的系統和方法影響操作系統(operating system，OS)在多處理器系統中基于需求信息分配共享內存的方式。優選地，所述需求信息包括可執行二進制代碼，所述可執行二進制代碼包括至少一部分應用所需內存段的類型和/或狀態的信息。

背景技術

新興計算機體系結構的特點在于內存和處理器子系統異構性越來越高，這主要是由于新穎的內存技術、低時延加載/存儲訪問互連以及近數據處理(near dataprocessing，NDP)的重新興起，近數據處理沿著內存層次引入處理單元。

可尋址內存包括片上內存、片外內存(例如，常見的DIMM模塊)或遠程機器內存。此外，隨著存儲類內存(storage class memory，SCM)的出現，可尋址內存可以是易失的或持久的。為了推動機器內部低時延內存映射的通信，正在開發新的互連，包括CCIX、Gen-Z、OpenCAPI或串行內存總線。這些技術之外的統一特性是在系統內所有組件之間提供共享內存互連，這種互連基于單節點，或者在機架級下。一些特性還旨在提供基于硬件的緩存一致性。最后，由于技術創新，NDP重新獲得關注。NDP是處理和內存的共址，呈(主)內存內處理(processing in memory，PIM)或存儲內處理(in-storage processing，ISC)的形式。

上述技術使得不同類型的處理單元能夠同時訪問同一內存。圖8示出了一種場景，其中，主內存由近數據處理器、連接到相干互連的CPU、經由外圍總線與CPU互連的加速器以及經由支持RDMA的接口連接的遠程處理單元(例如，近數據處理器、CPU或GPU)訪問。加速器-CPU-NIC設置是上述技術的子場景，其中，加速器(FPGA、GPU或Xeon-Phi)、CPU和NIC共享一個共同的內存區域。隨著NDP和機架級計算的增加，訪問同一內存區域的處理單元數量也穩步增加。此外，所有的內存都成為加載/存儲可訪問的機器間和機器內的內存。

可以發現，現有技術在向訪問同一內存區域的多個內核OS或多個OS/運行管理器轉變。另外，除了(不可緩存)可緩存區域和非一致性內存訪問(non uniform memoryaccess，NUMA)之外，傳統的OS架構不考慮內存異構性。

在傳統的計算系統中，應用是針對一個計算機平臺靜態編譯的，因此符合特定的同構內存模型。然而，同一內存區域可能由具有不同指令集架構(instruction setarchitecture，ISA)和一致性模型并提供不同同步機制的處理器訪問。

為了完全支持多個處理單元同時訪問同一內存區域的新興架構，需要不同的系統軟件構造，使得能夠實現不同的(支持OS的)ISA處理器之間格式兼容的數據共享、一致性內存訪問(基于應用程序員的期望)、處理器之間的保護、對程序員的透明度以及高效通信的開發。

這些現有技術的解決方案提出了一個問題，即系統軟件如何有效高效地管理系統中不同計算單元之間的共享內存。