[发明专利]一种运行效率指导的可重构多核处理器的资源分配方法

说明书

技术领域

本专利涉及计算机系统结构领域中操作系统设计和运行时支持，特别涉及一种运行效率指导的动态可重构多核处理器的动态资源分配的方法

背景技术

动态可重构多核处理器技术简介：

动态可重构多核处理器(现学术界称其Dynamic Reconfigurable Chip Multiprocessor，DRCMP)是近年来提出的一类新兴的多核处理器结构(结构示意图见图1)，其引入了两个新的体系结构特征：

①片上资源的运行时重构。DRCMP芯片包含一组简单的、同构的处理单元，称为物理核。DRCMP可以在运行时动态的配置数个物理的处理器核(简称物理核)构成一个逻辑上的处理器(简称逻辑处理器)。根据参与的物理核的个数和位置的不同，逻辑处理器可以被配置为具有不同的计算能力和拓扑结构(示意图见图2)。

②两级片上资源模型：物理核和逻辑处理器。所有线程都运行在逻辑处理器上，并且任何线程都可以不经修改地运行在任意粒度的逻辑处理器上。

因此，DRCMP允许资源分配器(可以用硬件或软件实现)根据程序的运行效率动态地调整逻辑处理器中的物理核的数量，也即是改变逻辑处理器的粒度，为提高系统吞吐率和片上资源的利用率提供了巨大的优化空间。

但是，据我们调研，截止本发明申请时，尚无研究成果在DRCMP上支持提供运行效率指导的动态资源分配方案。下面列举两个典型的DRCMP结构及其采用的资源管理方法：

例1 Core Fusion[E.Ipek等，Core fusion：accommodating software diversity in chip multiprocessors]是Cornell大学系统结构实验室于2007年在ISCA会议上提出的一种DRCMP结构。该结构可以将相邻的至多四个物理核动态的组成一个多发射的乱序超标量处理器核。该结构在编译时向程序中显式插入FUSE/SPLIT指令，通过FUSE和SPLIT指令在运行时的执行完成对逻辑处理器粒度的调整。这种方法中，虽然逻辑处理器粒度调整这个动作是在运行时进行的，但是何时、何种条件下对逻辑处理器粒度做调整是在编译时静态决定的。因此，该结构没有动态的根据系统当前的运行状况实现对芯片资源的动态分配。

例2 TFlex[D.Burger等，Composable lightweight processors]是Texas大学Austin分校系统结构研究小组于2007年在MICRO会议上提出的一种DRCMP结构。该结构采用类数据流(EDGE)指令，可以支持芯片上任意数目的物理核构成一个多发射的逻辑处理器。2008年，该研究小组又在PACT会议上基于TFlex结构提出了三种DRCMP上逻辑处理器的分配算法(EQUI、PDPA和Profile)，并使用低层的运行时软件实现并评估了这三种算法。但是，该工作中如EQUI是动态将系统资源根据当前系统的负载而进行简单的平分片上资源，而实际上不同的任务对片上资源的需求是不同的，这样就会导致片上资源的浪费；而PDPA与Profile运行时的实际表现较差，没有办法监测一个任务的阶段性变化，更不用说在任务从一个运行阶段进入另一个运行阶段时防止“抖动”现象的产生。因此实际上测出的性能都是比EQUI差。

DRCMP系统面临的问题：

使用DRCMP构建计算机系统、在DRCMP上提供运行效率指导的动态资源分配，目前主要面临的困难在于DRCMP芯片结构片上资源的灵活性(片上资源的动态可重构特性)引入了资源分配问题，包括：

①决定逻辑处理器的数目；

②决定每个逻辑处理器的大小和拓扑结构；

③决定任务向逻辑处理器的映射策略；

④决定何种条件下重新配置逻辑处理器；

⑤决定何种条件下、如何迁移某些逻辑处理器。

其中，怎样高效地表达DRCMP芯片结构片上资源的灵活性，是在DRCMP上有效进行运行效率指导的动态资源分配的关键技术问题。

本发明充分地利用动态可重构多核处理器(DRCMP)芯片结构片上资源的可重构特征，提出了一种简单有效的资源分配方法，能根据程序的运行效率动态地调整处理器核的数量和粒度，提高系统吞吐率和芯片资源利用率，解决DRCMP结构上高效的片上资源分配问题。

发明内容