可扩展层次式Cache一致性目录方法的研究与实现

作     者：贺尔华 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢伦国

授予年度：2004年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：CC-NUMA Cache一致性 目录Cache 两级目录 

摘      要：分布式共享主存(DSM)多处理器系统能够为科学和商业应用提供足够的性能获益,最近研制的多处理器系统大部分都采用了CC-NUMA结构。高效维护Cache一致性对DSM系统的正确性和性能都有重要影响,目录协议由于其较好的可扩展性成为DSM系统维护Cache一致性的首选。目录协议的可扩展性包括性能和目录存储开销两方面,而目录的存储开销构成了限制CC-NUMA结构可扩展性的主要障碍。 本文提出了一种基于目录Cache的两级目录组织方案,两级目录的第一级为位向量目录,组织成Cache的形式,存放最近经常使用的目录项;第二级目录组织成有限指针目录,每个存储器块在这一级目录中都有对应的目录项。这种两级目录结构减少了目录的存储开销,同时加快了目录信息的访问速度,从而提高了目录协议的可扩展性。我们还介绍了应用于军队十五型号项目“可搬移并行计算机系统的目录Cache的设计和FPGA实现。 为了对采用基于目录Cache的两级目录结构的多处理器系统进行性能模拟,我们在美国Rice大学的RSIM多处理器系统模拟器的基础上,对其进行适当修改,建立了用于模拟包含该目录结构的多处理器系统的模拟器。我们在模拟器上运行了六个测试程序来评测两级目录的作用,另外还模拟了不同条件下目录Cache对系统性能的影响。模拟结果表明,基于目录Cache的两级目录在降低目录协议存储开销的同时也提高了其性能,是一种值得进一步深入研究的提高目录协议可扩展性的方式。