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片上多核處理器共享資源分配與調(diào)度策略研究綜述（二）

3 聯(lián)合調(diào)度

前面兩章分別對(duì)于共享緩存和DRAM 提出了相應(yīng)的調(diào)度算法，但這只是系統(tǒng)中眾多共享資源里最為重要的兩種。實(shí)際上在多線程環(huán)境下，線程還會(huì)對(duì)于其他包括系列總線和I/O 設(shè)備等共享資源進(jìn)行爭(zhēng)奪，線程間互相干擾，對(duì)系統(tǒng)性能造成影響。

一方面，針對(duì)不同的共享資源獨(dú)立提出的調(diào)度算法間從效果上可能互相矛盾。例如，同一個(gè)線程在共享緩存和主存處分別表現(xiàn)出的訪存行為特征未必一致，再根據(jù)各自的調(diào)度策略，分別設(shè)定的優(yōu)先級(jí)可能相反，使得調(diào)度失效。另一方面，從不同層面提出的調(diào)度策略之間也可能存在矛盾。例如，底層硬件層面的調(diào)度對(duì)線程的優(yōu)化可能使得操作系統(tǒng)層面對(duì)于線程優(yōu)先級(jí)的設(shè)定反轉(zhuǎn)。因此，從全局出發(fā)，綜合考慮所有共享資源，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度是極有研究?jī)r(jià)值的。

Ebrahimi 等在文獻(xiàn)中為了解決線程的公平性問(wèn)題，提出一個(gè)可以協(xié)調(diào)所有共享存儲(chǔ)資源的機(jī)制稱為公平性資源節(jié)源（ fairness via sourcethrottling,FST），從而避免了需要為系統(tǒng)中每個(gè)共享存儲(chǔ)資源提出單獨(dú)的公平性機(jī)制。該機(jī)制使用前面在STFM中提到的線程減速比Mi=Tshd_i/Tsolo_i信息 , 用一組失效狀態(tài)信息寄存器（miss statusholding/informatiON registers,MSHRs）記錄各線程發(fā)向共享存儲(chǔ)系統(tǒng)的請(qǐng)求，請(qǐng)求得到服務(wù)后相應(yīng)寄存器清空，當(dāng)沒有可用的MSHRs 時(shí)，則禁止該線程向共享存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求。系統(tǒng)的不公平性通過(guò)下式衡量：

當(dāng)unfairness 超過(guò)某個(gè)設(shè)定閾值時(shí)，表示有線程的性能降低程度已經(jīng)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的公平性。可以通過(guò)調(diào)節(jié)可用MSHRs 數(shù)目來(lái)限制侵略性最強(qiáng)（或受影響最?。┑木€程向共享存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)送訪存請(qǐng)求的速率，直到各線程的減速比基本保持一致水平，即unfairness 小于設(shè)定閾值，恢復(fù)受限制線程發(fā)送訪存請(qǐng)求的能力。這個(gè)方法從源頭上限制對(duì)共享存儲(chǔ)資源的不公平性使用，從而無(wú)需從單個(gè)共享存儲(chǔ)資源特別提出公平性的調(diào)度策略。

由于對(duì)DRAM 進(jìn)行訪存的速度提升遠(yuǎn)不及處理器速度的提升，訪存DRAM 所帶來(lái)的延遲常常是影響性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。一個(gè)解決方案是，預(yù)測(cè)線程可能需要的數(shù)據(jù)，在處理器實(shí)際用到該數(shù)據(jù)之前就發(fā)送訪存請(qǐng)求從DRAM 取回?cái)?shù)據(jù)。該技術(shù)稱之為預(yù)取（prefetching），已被證明確實(shí)能夠有效改善系統(tǒng)性能，并被用于大多數(shù)商業(yè)處理器中。

然而，各個(gè)線程發(fā)向DRAM 的預(yù)取請(qǐng)求，同樣存在對(duì)于系統(tǒng)資源的爭(zhēng)奪和線程間的干擾，從而抵消由于預(yù)取部件所帶來(lái)的性能改善。Ebrahimi 等人在文獻(xiàn)中提出了分層預(yù)取侵略性控制（ hierarchical prefetcher aggressiveness control ,HPAC），類似于文獻(xiàn)[24]中的FST,HPAC 通過(guò)從源頭上限制預(yù)取請(qǐng)求的發(fā)送來(lái)改善系統(tǒng)的預(yù)取性能。