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计算机工程 2017年第12期43卷 51-54,59页

作者：金星荆明娥曾晓洋复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室上海201203

为提高结合共享存储器和片上网络进行核间通信的多核处理器的通信带宽使用效率,基于异构通信机制,提出一种改进的任务映射算法。使用分支定界算法缩小搜索空间,通过迭代交换任务的位置提高映射质量。实验结果表明,与NMAP算法相比,该算... 详细信息

为提高结合共享存储器和片上网络进行核间通信的多核处理器的通信带宽使用效率,基于异构通信机制,提出一种改进的任务映射算法。使用分支定界算法缩小搜索空间,通过迭代交换任务的位置提高映射质量。实验结果表明,与NMAP算法相比,该算法对于随机任务图的通信代价平均降低18.3%,对于并行排序应用最高降低30.6%。

关键词：片上网络共享存储器任务映射算法异构通信机制多核处理器

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异构多核处理器的微内核操作系统通信机制的研究与设计

异构多核处理器的微内核操作系统通信机制的研究与设计

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作者：潘燕萍桂林理工大学

学位级别：硕士

微内核操作系统因其灵活性高、可移植性强的特点得到人们广泛关注。由于微内核操作系统内核结构的高度模块化,各模块之间相互联系是通过进程间通信IPC(Inter-Process Communication)来实现的。同时,微内核操作系统应用于多核处理器上俨... 详细信息

微内核操作系统因其灵活性高、可移植性强的特点得到人们广泛关注。由于微内核操作系统内核结构的高度模块化,各模块之间相互联系是通过进程间通信IPC(Inter-Process Communication)来实现的。同时,微内核操作系统应用于多核处理器上俨然成为了一种趋势,然而,目前存在的基于异构多核处理器的微内核操作系统性能并不高,而通信机制是影响其性能的关键因素。因此,设计一个适用于异构多核处理器的微内核操作系统通信机制至关重要。本文通过对进程间通信与异构多核处理器的核间通信进行研究与分析,着重研究核内与核间两个方面的通信机制的优化。本文主要的研究工作如下:(1)通过分析当前进程间通信方式的优缺点,对于核内通信,本文设计了基于消息分类的通信策略。该策略利用寄存器在消息传递中无需访存,速度快,以及利用共享内存能够减少通信过程中数据的二次拷贝的优点,由代理线程判断消息是重量级消息还是轻量级消息,轻量级消息交由寄存器进行通信,而重量级消息则通过基于共享内存的地址映射方式进行通信。通过对消息进行分类,处理器中的资源能够得到合理分配,进程间通信效率也得到提高。(2)异构多核处理器的应用加强了处理器的并行能力,然而针对异构多核处理器的微内核操作系统核间通信机制的效率还有待提升。对于核间通信,本文研究设计了针对任务分类的通信策略。该策略通过设置一个通信管理内核,目的是掌控与协助核间通信,通过将任务分为I/O任务与计算任务,并且依靠代理线程与消息邮箱两种方式共同完成。同时,针对异构多核通信机制,设计了一种任务映射算法,该算法采用分支定界策略缩小搜索范围,并随机互换任务的位置来提升映射质量,以此来优化异构多核通信机制中通信带宽的使用效率。最后,本文通过MPI(Message Passing Interface)搭建异构多核模拟实验环境,将改进的μC/OS-II操作系统移植到Visual Studio 2010中并进行相关修改,通过C语言实现通信机制,利用测试程序验证本文提出的通信机制的通信代价,并在相同的条件下与消息邮箱通信机制的通信代价做比较。结果表明,本文设计的通信机制运行效率高于消息邮箱机制,提高了异构多核环境下微内核操作系统的性能,证明了本文设计的通信机制的有效性。

关键词：异构多核处理器微内核操作系统通信机制任务映射算法

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基于异构多核环境下微内核操作系统通信机制的研究

基于异构多核环境下微内核操作系统通信机制的研究

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作者：冯丽桂林理工大学

学位级别：硕士

随着智能硬件逐渐进入大众的视野,使得嵌入式设备的开发愈来愈繁杂。使用广泛的单核处理器以及同构多核处理器的处理性能已经很难达到应用需求。为了减弱开发难度提升计算机处理能力,处理器生产商将异构多核处理器纳入智能设备的主要研... 详细信息

随着智能硬件逐渐进入大众的视野,使得嵌入式设备的开发愈来愈繁杂。使用广泛的单核处理器以及同构多核处理器的处理性能已经很难达到应用需求。为了减弱开发难度提升计算机处理能力,处理器生产商将异构多核处理器纳入智能设备的主要研究方向。其中,异构多核架构中核间通信技术成为计算机体系结构中关注的研究热点,主要包括进程间通信以及核间通信。本文基于异构多核处理器,研究不同结构和功能的多个核心之间进行高效率通信,以此达到处理器性能最优化。本文的主要研究工作如下:（1）针对核内进程间传递消息的字节大小的不同降低通信效率的问题,设计了一种基于消息类型界定策略的核内进程间通信机制。该机制利用通用寄存器（General Register,GR）和共享内存地址映射（Shared memory address mapping,SMAM）的消息传递方法的优缺点互补的方式提出一种消息类型界定策略,该策略设定了一种最大传输单元（Maximum Transmission Unit,MTU）值,如果进程之间传递的消息超过MTU值,则通信方式为共享内存的地址映射,反之,则采用通用寄存器的方式进行通信。有效地缩短了消息传递的时间,提高进程间消息传输速率。（2）针对不同结构内核之间的任务无法高效跨核通信以及发挥各核协作优势,以此提升多核之间通信效率的问题,对现有多核通信架构进行改进以此满足异构多核之间的通信,并设计一种基于LS-SVM的异构多核任务映射算法。本文异构多核通信机制设计实现理念采用主从式结构方案,在该方案中设立一个通信管理主内核和一个控制主内核,通信管理主内核主要负责处理应用程序中控制密集型任务与辅助从核通信,在每个从内核中添加一个代理线程,负责将位于不同内核的消息传递给通信管理主内核以及核间共享内存,实现相互协作完成异构核之间的高效通信。控制主内核主要负责将大量的应用程序中的计算密集型任务从系统内存中搬运到各个从内核的本地存储中,完成数据搬运类通信。为了提供系统通信性能和吞吐率,本文采用最小支持向量机通过训练后划分任务类型得出预测计算通信比率PCC,并与任务实际计算通信率CC比较,如果PCC＞CC,则说明此任务为I/O密集型任务,反之,为计算密集型任务。考虑不同任务类型有不同通信和计算需求,将两种任务类型采用不同的方式合理的映射在内核上。（3）采用MPICH2搭建异构多核模拟仿真平台,在PC端将μC/OS-II相关文件移植到Visual Studio 2017并进行相应删改。采用C语言编写实现通信机制利用测试程序得出的通信耗时和传输速率,并在相同的运行环境下与消息邮箱、消息队列通信机制的耗时和速率做比较。实验测试结果显示,本文设计的异构多核通信机制在通信耗时、传输速率方面都优于两个通信媒介,验证了本文所设计的通信机制具有有效性。

关键词：异构多核处理器微内核操作系统通信机制任务映射算法

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