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基于页面分类与放置策略的混合缓存管理机制研究

余新  
【摘要】:随着片上多核CMP(Chip Multi Processor)成为主流微处理器技术,微处理器已经进入多核时代。通过多核技术提高处理能力、降低消耗已成为微处理器的必然选择。该技术面临的另一挑战是共享缓存的管理。共享缓存被多核竞争使用,不仅降低共享缓存的性能,而且日益增大的容量加重了CMP上缓存的能耗问题。 由多种内存技术组成的混合缓存,兼具各缓存技术优点,为上述问题提供了一种解决方案。混合缓存旨在利用程序访问共享缓存的行为差异性来共享缓存的各个区域,以提供更好的访问性能。基于页面分类和放置策略的混合缓存管理机制以页着色算法为基础,由页面分类单元和页面放置单元两部分组成。页面放置单元用于动态统计页级共享缓存的访问频率等信息,并对页面实施分类。页面放置单元通过页着色算法,根据页面分类单元所提供的共享缓存的页面访问信息来迁移页面,达到管理共享缓存的目的。这两个功能结构分别在系统的硬件层和操作系统层实现。 与现有的共享缓存管理机制相比,该机制能够充分利用缓存密度高、漏电能耗较低的特点提升共享缓存性能。该机制具有以下优点:在操作系统级管理混合缓存,降低混合缓存的设计复杂度,提高了管理机制的灵活性和可扩展性,整体系统开销小。实验结果表明,在使用基于页面分类和放置策略的混合缓存管理机制之后,程序性能得到提高,与未采用该机制的系统相比,平均IPC提高3.74%,最高提升可达22.76%。


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