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《中国科学技术大学》 2009年
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基于模块的调度策略及其对多处理器系统的支持

张晔  
【摘要】: 处理器高速缓存(Cache)的利用对系统性能起着关键性影响。随着计算机技术的进步,中央处理器的性能迅速提升,与系统内存的性能差距越来越大,Cache缺失所带来的性能损失十分可观,因此降低Cache的缺失率有着极其重要的意义。同时多处理器体系结构被提出并飞速发展,已成为现代处理器研究的热点。另一方面,软件系统的设计与实现日趋庞大和复杂,构件化软件架构因其良好的结构特性从而成为发展的主流趋势。构件化系统中的任务的基本构成是构件,但传统的调度策略忽视了任务的结构性,从而使构件化软件中各个构件之间产生不受控的切换,致使Cache缺失严重。为了尽量减少构件化系统运行时的Cache缺失率,进而提高其性能,十分有必要针对构件化系统的特征设计相应的调度策略。同时这种调度策略还必须要适应多处理器体系结构的发展趋势。 论文以一种新型的针对构件化系统的调度策略为研究目标,所作的主要研究工作包括: 1.对Cache缺失所带来的负面影响进行了细致的分析,说明了降低Cache缺失率的重要意义。通过介绍近年来一些主要的研究成果,论证了操作系统的调度策略对系统的Cache缺失率具有极其重要的影响。进而分析了构件化系统的特征,指出传统的调度策略不能很好的适应构件化系统,揭示了构件化系统中调度策略的一种新的设计思路,即考虑任务的结构特征——构件; 2.提出了一种新型的基于模块的调度策略MBS,对其进行了理论分析,并给出了MBS的详细设计方案,包括调度段相关的概念及其定义;优先级的制定与调整方式;优先级抢占策略;调度段的控制;多处理器系统上扩展等。同时描述了实现MBS时的关键技术; 3.基于Linux操作系统实现了支持MBS的原型操作系统MBS-Linux,详细论述了其中的设计与实现要点,并对涉及的数据结构和关键实现例程作了详尽的描述; 4.作为MBS在构件化操作系统中的实现,以基于服务体/执行流模型的操作系统Minicore为基础实现了支持MBS的构件化操作系统原型MBS-Minicore,详细描述了其中所使用的关键技术、MBS调度服务体的设计与实现要点,以及其中的数据结构、消息接口和关键例程; 5.对MBS-Linux和MBS-Minicore进行了性能评测,分别对比了MBS-Linux与Linux以及MBS-Minicore与Minicore的Cache缺失数和系统吞吐量,并对评测结果进行了详细分析。 论文研究中所取得的具有创新特色的贡献如下: 1.在分析了传统调度策略的局限性和构件化系统的特征之后,提出并设计了一种基于模块进行调度的新型调度策略MBS,并对其进行了理论分析、设计实现和实验验证,论证了其可行性和有效性。MBS在调度时考虑任务的内部结构,显著改善了传统的以任务为最小粒度的调度策略因Cache缺失频繁而导致的性能问题,提高了构件化软件运行时的Cache利用率,从而极大地提升了系统吞吐量,同时MBS还对多处理器系统提供了良好的支持; 2.设计并实现了基于传统进程模型的支持MBS的操作系统原型MBS-Linux。它以直接明了的方式将MBS融入Linux操作系统中,并验证了MBS的可实现性; 3.基于具有典型构件化特征的服务体/执行流模型,设计并实现了支持MBS的构件化原型操作系统MBS-Minicore,有效降低了构件化系统运行时的Cache缺失率,进而大幅提高了其性能。它提供了一种新颖的在构件化操作系统中设计和实现高性能调度器的解决方案。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP332

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 黄涛;末级高速缓存性能优化关键技术研究[D];北京大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 李宏,陈香兰,吴明桥,龚育昌,赵振西;服务体模型与操作系统内核设计技术[J];计算机研究与发展;2005年07期
2 吴明桥;李宏;龚育昌;;基于服务体模型的安全操作系统中的通信与安全控制[J];小型微型计算机系统;2005年10期
3 龚育昌;吴明桥;张晔;朱建民;;安全操作系统中的权能管理模型[J];小型微型计算机系统;2006年01期
4 吴明桥;陈香兰;张晔;龚育昌;;一种基于服务体/执行流的新型操作系统构造模型[J];中国科学技术大学学报;2006年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 张楠;张振国;;中间件技术及其在农业信息化中的应用[J];安徽农业科学;2006年14期
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7 吴捧锋;;使用WinHex恢复U盘数据的方法[J];办公自动化;2008年16期
8 吴捧锋;;文件夹加密隐身技巧[J];办公自动化;2009年14期
9 杨高峰;顾春华;沈健;秦海;杨健;;基于LWIP的ICMP路由重定向改进[J];北京联合大学学报(自然科学版);2009年01期
10 辛海涛;现代商业自动化管理模式分析[J];商业研究;2004年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 葛宝珊;刘锋;李旭杰;;积木式多DSP并行处理系统路由算法研究[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
2 林龙;唐文忠;;基于JDBC的应用审记中间件的设计和实现[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(下)[C];2006年
3 梁碧云;;中间件技术在电子政务应用中的研究[A];广西计算机学会2008年年会论文集[C];2008年
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6 揭安全;薛锦云;;一种基于Apla-Java可重用部件库的并行(并发)程序开发方法[A];2006年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集(一)[C];2006年
7 刘长亭;黄廷磊;杨宜生;;一种易部署的、架构化RFID中间件的设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
8 葛宝珊;刘峰;李旭杰;;积木式多DSP并行处理系统路由算法研究[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年
9 耿江东;薛正辉;高本庆;;应用并行GTD算法计算阵列天线近场受扰[A];第17届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2007年
10 兰西柱;贾少才;;基于飞思卡尔K60继电保护装置嵌入式操作系统的研究[A];第22届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第4届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2012年
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1 张琦;多核系统中的程序性能优化研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 赵雪锋;建设工程全面信息管理理论和方法研究[D];北京交通大学;2010年
3 龙柏;并行计算平台上的数据索引技术研究[D];中国科学技术大学;2011年
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5 方雷;基于云计算的土地资源服务高效处理平台关键技术探索与研究[D];浙江大学;2011年
6 胡悦;并行计算时间与存储空间关系研究[D];上海大学;2011年
7 赵国冬;嵌入式系统弹性应对方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 马新建;最小二乘无网格法的改进及其拓展应用研究[D];南京理工大学;2012年
9 成斌;基于TCPN模型的并行系统性能分析方法研究[D];上海大学;2011年
10 杨靖宇;摄影测量数据GPU并行处理若干关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
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1 景涛;多核环境下基于L2 Cache的目录一致性协议的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 高波;基于PC的音乐喷泉控制系统的设计[D];大连理工大学;2010年
3 顾慧;基于异构平台的并行计算性能可视化研究[D];辽宁师范大学;2010年
4 刘挺;基于Intranet环境的主机行为实时分析系统[D];华东师范大学;2010年
5 王婧;windows mobile智能手机平台的音乐编辑[D];华东师范大学;2010年
6 袁颂升;EUROCAT-X的UBSS中间件平台的设计与实现[D];电子科技大学;2010年
7 杨成涛;山东空管分局安全运行平台的设计与实现[D];电子科技大学;2010年
8 安波;CMIS信贷管理信息系统的设计与实现[D];电子科技大学;2010年
9 裘佳;绍兴广电综合营账系统客服子系统的设计与实现[D];电子科技大学;2010年
10 丁涛;电信银联代缴系统设计与实现[D];电子科技大学;2010年
【同被引文献】
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1 陈跃跃,周兴铭;一种精确的分支预测微处理器模型[J];计算机研究与发展;2003年05期
2 周学海;余洁;李曦;王志刚;;基于指令行为的Cache可靠性评估研究[J];计算机研究与发展;2007年04期
3 李仁发;刘彦;徐成;;多处理器片上系统任务调度研究进展评述[J];计算机研究与发展;2008年09期
4 田杭沛;高德远;樊晓桠;朱怡安;;面向实时流处理的多核多线程处理器访存队列[J];计算机研究与发展;2009年10期
5 王晶;樊晓桠;叶曾;;一种基于综合历史信息的SMT结构分支预测算法[J];计算机科学;2008年02期
6 易会战,杨学军;高性能微处理器的微体系结构能量有效性[J];计算机学报;2004年07期
7 何立强;刘志勇;;一种有效的同时多线程处理器取指控制机制[J];计算机学报;2006年04期
8 张仕健;胡伟武;;一种向分支指令后插入冗余指令的容错微结构[J];计算机学报;2007年10期
9 陈文智;姜振宇;吴帆;;基于MIPS体系的扩展指令融合技术[J];计算机学报;2008年11期
10 林伟;叶笑春;宋风龙;张浩;;众核处理器中使用写掩码实现混合写回/写穿透策略[J];计算机学报;2008年11期
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1 隋秀峰;高性能微处理器中自适应高速缓存管理策略研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 鲁建壮;单芯片多处理器关键技术的研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
3 张福新;微处理器性能分析与优化[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
4 高翔;多核处理器的访存模拟与优化技术研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 岳虹;嵌入式异构多核处理器设计与实现关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
6 李德贤;专用处理器及片上通信架构设计研究[D];浙江大学;2008年
7 凡启飞;高性能嵌入式处理器低功耗技术研究[D];中国科学技术大学;2009年
8 王嘉捷;多重循环程序内存访问越界增量检测方法[D];中国科学技术大学;2009年
9 伍楠;高效能流体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
10 李琼;面向高性能计算的可扩展I/O体系结构研究与实现[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 景涛;多核环境下基于L2 Cache的目录一致性协议的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘文佳;多核处理器Cache一致性研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 焦平;基于数据重用机制的超标量处理器分支预测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王海洋;适于频繁上下文切换的TG-share分支预测器[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2002年
5 冯雷;一种适用于MIPS指令系统的分支预测方法[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2002年
6 信磊;对称多核处理器中Cache一致性的研究与实现[D];合肥工业大学;2007年
7 李静梅;基于MIPS处理器的分支预测机制的研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2007年
【二级引证文献】
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1 臧佳;基于MPSoC的空间光学CCD遥感相机控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
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1 王学清;基于多核处理器NetlO技术的高速信令数据采集系统的研究与实现[D];北京邮电大学;2012年
2 盛肖炜;多核处理器内部核间通信研究[D];沈阳理工大学;2013年
3 彭丹;一种基于MIPS核的32位SOC的设计与实现[D];武汉邮电科学研究院;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 单智勇,孙玉芳;安全操作系统安全属性即时撤消研究[J];计算机研究与发展;2002年12期
2 李宏,陈香兰,吴明桥,龚育昌,赵振西;服务体模型与操作系统内核设计技术[J];计算机研究与发展;2005年07期
3 刘福岩,尤晋元;从多地址空间到单地址空间再到无地址空间[J];软件学报;2001年03期
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5 赵千川;郑大钟;;一类HDS的事件反馈型最优调度策略[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
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7 方剑;席裕庚;;动态环境下的Job Shop周期性滚动调度策略[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
8 淡图南;朱立平;颜纪迅;;一种基于时间触发的安全关键操作系统混合调度策略[A];全面建成小康社会与中国航空发展——2013首届中国航空科学技术大会论文集[C];2013年
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1 张晔;基于模块的调度策略及其对多处理器系统的支持[D];中国科学技术大学;2009年
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2 游九龙;自适应集群的资源调度策略研究[D];西安电子科技大学;2013年
3 韩增波;适用于周期事务模型的二重调度策略[D];江西财经大学;2009年
4 刘强;大规模RFID阅读器管理技术及应用研究[D];电子科技大学;2013年
5 刘如华;嵌入式安全实时操作系统调度策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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