[发明专利]用于统一内存访问的计算机系统

说明书

本发明提供了一种用于统一内存访问的计算系统100，包括：第一处理单元101和第二处理单元102；共享内存103，包括第一内存段104和第二内存段105；操作系统106，至少部分由所述第一处理单元101操作；应用107，至少部分由所述操作系统106操作。所述第一处理单元101和所述第二处理单元102连接到所述共享内存103。所述操作系统106用于：基于所述操作系统106和/或所述应用107中包括的需求信息，控制所述第一处理单元101和所述第二处理单元102中的至少一个以及所述共享内存103，从而将所述第一内存段104分配给至少一部分所述应用107，其中，所述需求信息包括可执行二进制代码，其中，所述可执行二进制代码包括至少一部分所述应用107所需内存段的类型和/或状态的信息。

技术领域

本发明涉及一种用于统一内存访问的计算系统及相应的方法。特别地，本发明的系统和方法影响操作系统(operating system，OS)在多处理器系统中基于需求信息分配共享内存的方式。优选地，所述需求信息包括可执行二进制代码，所述可执行二进制代码包括至少一部分应用所需内存段的类型和/或状态的信息。

背景技术

新兴计算机体系结构的特点在于内存和处理器子系统异构性越来越高，这主要是由于新颖的内存技术、低时延加载/存储访问互连以及近数据处理(near dataprocessing，NDP)的重新兴起，近数据处理沿着内存层次引入处理单元。

可寻址内存包括片上内存、片外内存(例如，常见的DIMM模块)或远程机器内存。此外，随着存储类内存(storage class memory，SCM)的出现，可寻址内存可以是易失的或持久的。为了推动机器内部低时延内存映射的通信，正在开发新的互连，包括CCIX、Gen-Z、OpenCAPI或串行内存总线。这些技术之外的统一特性是在系统内所有组件之间提供共享内存互连，这种互连基于单节点，或者在机架级下。一些特性还旨在提供基于硬件的缓存一致性。最后，由于技术创新，NDP重新获得关注。NDP是处理和内存的共址，呈(主)内存内处理(processing in memory，PIM)或存储内处理(in-storage processing，ISC)的形式。

上述技术使得不同类型的处理单元能够同时访问同一内存。图8示出了一种场景，其中，主内存由近数据处理器、连接到相干互连的CPU、经由外围总线与CPU互连的加速器以及经由支持RDMA的接口连接的远程处理单元(例如，近数据处理器、CPU或GPU)访问。加速器-CPU-NIC设置是上述技术的子场景，其中，加速器(FPGA、GPU或Xeon-Phi)、CPU和NIC共享一个共同的内存区域。随着NDP和机架级计算的增加，访问同一内存区域的处理单元数量也稳步增加。此外，所有的内存都成为加载/存储可访问的机器间和机器内的内存。

可以发现，现有技术在向访问同一内存区域的多个内核OS或多个OS/运行管理器转变。另外，除了(不可缓存)可缓存区域和非一致性内存访问(non uniform memoryaccess，NUMA)之外，传统的OS架构不考虑内存异构性。

在传统的计算系统中，应用是针对一个计算机平台静态编译的，因此符合特定的同构内存模型。然而，同一内存区域可能由具有不同指令集架构(instruction setarchitecture，ISA)和一致性模型并提供不同同步机制的处理器访问。

为了完全支持多个处理单元同时访问同一内存区域的新兴架构，需要不同的系统软件构造，使得能够实现不同的(支持OS的)ISA处理器之间格式兼容的数据共享、一致性内存访问(基于应用程序员的期望)、处理器之间的保护、对程序员的透明度以及高效通信的开发。

这些现有技术的解决方案提出了一个问题，即系统软件如何有效高效地管理系统中不同计算单元之间的共享内存。