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基于持久化内存和共享缓存架构的高性能数据库

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华东师范大学学报（自然科学版） 2023年第5期 1-10页

作者：王聪聪胡卉芪华东师范大学数据科学与工程学院上海200062

云原生数据库的崛起,使得共享缓存架构再度受到重视.虽然共享缓存架构能够有效地解决多个读写节点间的缓存一致性问题,但其他问题仍然存在,例如持久化速度缓慢、维护缓存目录的延迟高、时间戳瓶颈等.针对上述问题,提出了一种基于共享缓... 详细信息

云原生数据库的崛起,使得共享缓存架构再度受到重视.虽然共享缓存架构能够有效地解决多个读写节点间的缓存一致性问题,但其他问题仍然存在,例如持久化速度缓慢、维护缓存目录的延迟高、时间戳瓶颈等.针对上述问题,提出了一种基于共享缓存架构,并结合新型硬件——持久化内存的解决方案,从而构建了一个包括内存层、持久化内存层、存储层的三层共享架构数据库——TampoDB.基于此架构,重新设计了事务的执行流程,并对时间戳和目录进行了优化,以解决上述问题.实验结果表明,TampoDB有效地提高了事务的持久化速度.

关键词：云原生数据库持久化内存共享缓存

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基于多核处理器的动态共享缓存分配算法

东北大学学报（自然科学版） 2011年第1期32卷 44-47页

作者：周本海乔建忠林树宽东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819 辽宁省软件开发与应用重点实验室辽宁沈阳110819

对于具有共享缓存结构的多核处理器,存在并行应用对共享缓存冲突访问导致性能下降的现象.为合理地分配共享缓存以有效地解决这类问题,提出了一种共享缓存分配方法,通过将并行应用对共享缓存访问未命中的情况进行分类与追踪,并根据建立... 详细信息

对于具有共享缓存结构的多核处理器,存在并行应用对共享缓存冲突访问导致性能下降的现象.为合理地分配共享缓存以有效地解决这类问题,提出了一种共享缓存分配方法,通过将并行应用对共享缓存访问未命中的情况进行分类与追踪,并根据建立的性能增益模型在行的粒度上进行动态地分配共享缓存,使系统的整体性能得到改善.实验结果表明,新算法能合理地为并行运行在多核处理器上的应用分配共享缓存,减少冲突访问,使系统达到更优的性能及更高的处理效率.

关键词：多核并行共享缓存冲突访问

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基于MPI的鲲鹏CPU核间通信研究

西南民族大学学报（自然科学版） 2024年第3期50卷 328-335页

作者：周岩王鹏王琨予西南民族大学计算机科学与工程学院四川成都610041 西安彩色云软件科技有限公司陕西西安712034 中国科学院成都计算机应用研究所四川成都610041 广东省国产服务器工程技术研究中心广东广州510000

核间通信延时是影响高性能计算系统整体运行效率的重要因素.国产鲲鹏CPU在高性能计算领域应用日益广泛,针对鲲鹏CPU的缓存架构及多核间接口互联进行分析,研究影响鲲鹏CPU核间通信延时的因素.在消息传递接口(MPI)环境下进行节点内核间通... 详细信息

核间通信延时是影响高性能计算系统整体运行效率的重要因素.国产鲲鹏CPU在高性能计算领域应用日益广泛,针对鲲鹏CPU的缓存架构及多核间接口互联进行分析,研究影响鲲鹏CPU核间通信延时的因素.在消息传递接口(MPI)环境下进行节点内核间通信实验,对包括跨三级缓存、跨物理CPU通信等不同模式下通信延时进行对比,发现通信数据包大于500 KB后,跨L3 Cache TAG的通信延时反优于共享L3 Cache TAG的通信延时.针对通信数据包在64 KB大小时的通信延迟异常,分析得出是MPI的Eager模式和Rendezvous模式的默认切换阈值所造成.对这两种模式进行实验对比,验证不同大小的通信数据包在不同模式下和跨核通信时的延时特征,Eager模式更适合低延时的小消息发送.在实际应用中可根据通信数据包大小调整两种模式的默认切换阈值,以达到更好的传输效果.实验结果表明由于鲲鹏CPU存在复杂的多核结构,在并行计算程序设计时可以进行针对性优化,以提升程序的运行效率.

关键词：鲲鹏CPU 核间通信消息传递接口高性能计算共享缓存

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基于短包优先的动态阈值共享缓存管理策略的研究

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计算机应用研究 2011年第5期28卷 1805-1807页

作者：许应新许都电子科技大学通信与信息工程学院成都611731

为了减小共享缓存管理分组交换系统的丢包率和流破坏率,提出了一种基于短包优先的动态阈值共享缓存管理策略(sharing buffer managing strategy of dynamic threshold based on short-packet first,SPBDT),交换设备中,所有分组共享同一... 详细信息

为了减小共享缓存管理分组交换系统的丢包率和流破坏率,提出了一种基于短包优先的动态阈值共享缓存管理策略(sharing buffer managing strategy of dynamic threshold based on short-packet first,SPBDT),交换设备中,所有分组共享同一缓存区。SPBDT策略的主要思想是用两个动态的门限控制缓存区中输出队列的长度,根据当前队列长度与当前门限的比较来判断新到达的包是接纳还是丢弃。仿真结果表明,与DADT(dynamic algo-rithm with different thresholds)策略相比,SPBDT策略在多入多出交换设备中表现出更低的丢包率和流破坏率。

关键词：动态阈值缓存管理共享缓存分组交换丢包率

一种基于共享缓存的三层递归域名系统的设计与实现

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现代电子技术 2018年第22期41卷 42-44,48页

作者：徐东赵琦冷峰中国互联网络信息中心北京100190

递归域名系统是域名体系的重要组成部分,直接面向用户提供域名查询服务。递归域名系统的查询时效直接关系互联网网络应用的访问时延和用户的上网体验。为提高递归域名系统的查询时间效率,缩短域名查询时延,提出一种基于共享缓存的三层... 详细信息

递归域名系统是域名体系的重要组成部分,直接面向用户提供域名查询服务。递归域名系统的查询时效直接关系互联网网络应用的访问时延和用户的上网体验。为提高递归域名系统的查询时间效率,缩短域名查询时延,提出一种基于共享缓存的三层递归域名系统,在理论研究基础上,搭建了系统模型,并使用业务系统查询日志进行了性能测试。该三层递归域名系统的提出,为未来互联网企业搭建高效的递归域名系统提供技术参考。

关键词：共享缓存递归域名系统域名查询查询时效访问时延系统模型

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运行时缓存缺失率曲线生成与共享缓存划分

运行时缓存缺失率曲线生成与共享缓存划分

作者：贺露露华中科技大学

学位级别：硕士

共享缓存结构加速了核与核之间的通讯速度，在多核处理器中有着重要作用。然而，多个核竞争使用共享缓存，互相污染对方的缓存数据，降低了系统的整体性能。为了解决这个问题，研究者提出了基于缓存缺失率曲线划分缓存的方法划分共享缓... 详细信息

共享缓存结构加速了核与核之间的通讯速度，在多核处理器中有着重要作用。然而，多个核竞争使用共享缓存，互相污染对方的缓存数据，降低了系统的整体性能。为了解决这个问题，研究者提出了基于缓存缺失率曲线划分缓存的方法划分共享缓存，从而消除共享缓存竞争。但是，运行时生成缺失率曲线需要特殊的硬件支持，而用纯软件的方法在运行时生成缺失率曲线开销较高。针对上述问题，提出了一种纯软件、低开销和高准确度的缓存缺失率曲线生成方法，基于生成的缺失率曲线划分缓存。该方法根据程序访问共享缓存的行为分形特点，基于分形模型在运行时预测程序的缓存缺失率曲线，降低了曲线生成的开销;利用现代处理器上普遍存在的硬件计数器单元记录程序的运行时信息，极大地减少了记录运行时信息的开销，并且不需要修改应用程序，也不需添加额外的硬件;利用运行时信息计算预测模型的参数，将参数代入分形预测模型计算程序的缓存缺失率曲线，该模型简单，计算量小;基于生成的缺失率曲线有效地指导操作系统制定缓存划分策略，在操作系统层实现了共享缓存划分，提升了系统的整体性能。为了验证该预测模型的准确度与该预测方法的开销，选用了SPEC CPU2006基准测试集中的26个程序进行了测试。预测的缺失率曲线与真实的缺失率曲线之间的平均误差为3.13%。使用该预测方法生成缺失率曲线所需的时间为420ms。基于生成的缺失率曲线划分共享缓存后，系统的平均IPC最高提升了20%。

关键词：共享缓存缓存缺失率曲线缓存划分分形模型

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GPON ONU共享缓存电路设计与实现

GPON ONU共享缓存电路设计与实现

作者：何德金杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着互联网应用、视频应用、高清电视的发展,现有的带宽已经很难满足人们的需求,接入网面临着前所未有的挑战。FTTx作为宽带接入技术的代表,可以有效突破接入网的“瓶颈”,是“最后一公里”的终极形式。GPON作为FTTx中最具潜力的一支,... 详细信息

随着互联网应用、视频应用、高清电视的发展,现有的带宽已经很难满足人们的需求,接入网面临着前所未有的挑战。FTTx作为宽带接入技术的代表,可以有效突破接入网的“瓶颈”,是“最后一公里”的终极形式。GPON作为FTTx中最具潜力的一支,具有高速率、高带宽、用户接口丰富等众多优点。随着光器件性能提高、成本降低,GPON在接入网领域优势将越来越明显。数据交换缓存结构是GPON系统设计的关键。共享缓存是一种成熟且通用的数据交换缓存结构。本论文主要围绕GPON ONU侧共享缓存电路的设计与实现开展研发工作。论文首先介绍了光纤接入技术的发展,比较了现有的几种具有代表性的PON接入技术,阐述了GPON技术的国内外发展现状及技术优势,分析了ONU侧共享缓存电路对GPON系统的影响。论文接着介绍了GPON系统的总体结构、工作原理、GEM封装及设计结构。 GPON ONU无论下行还是上行传输都可能会出现数据拥塞现象,需要使用数据缓存电路来进行流量控制和带宽分配。根据共享缓存结构的数据流向框图,论文给出了ONU侧共享缓存电路的RTL设计与实现。论文在分析了上下行数据流量及带宽的基础上,提出了支持以太网数据包封装、多接口汇聚(3个GE口1个EXT扩展口)、多队列调度的ONU共享缓存电路的详细设计方案,包括电路整体结构、模块划分、各模块设计与实现。论文设计的ONU共享缓存电路主要包括以太网gemac、IBS总线、IDQ入队准备、QP队列管理、ODQCH调度、MCL存储器管理、OBS、MPI配置、异步FIFO、CRC校检等模块。本文对各个模块提出设计方案,用Verilog HDL完成RTL设计。论文最后对各个模块的RTL设计及整个共享缓存电路的RTL设计进行了功能仿真和FPGA原型验证。功能仿真和FPGA原型验证的结果表明,本文设计的ONU共享缓存电路能够正常工作,符合功能和性能上的设计要求。

关键词： GPON ONU 共享缓存 RTL设计与仿真 FPGA原型验证

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基于共享缓存的AFDX交换芯片设计

基于共享缓存的AFDX交换芯片设计

作者：刘宇上海交通大学

学位级别：硕士

随着现代航空工业的飞速发展,机载电子系统成倍增加,现有的航空通信网络已成为整个航空系统的瓶颈。ARINC-664作为航空数据网络(ADN)的新一代标准应运而生,它提出了航空全双工交换以太网(AFDX),该网络基于IEEE802.3协议,结合ATM网络的优... 详细信息

随着现代航空工业的飞速发展,机载电子系统成倍增加,现有的航空通信网络已成为整个航空系统的瓶颈。ARINC-664作为航空数据网络(ADN)的新一代标准应运而生,它提出了航空全双工交换以太网(AFDX),该网络基于IEEE802.3协议,结合ATM网络的优点,是种高速、实时、可靠、确定性的网络。AFDX现已在空客的A380和波音的B787得到广泛应用。本论文基于部门承担的研究项目“机载通信网络核心SOC芯片组设计技术研究”,设计出符合ARINC-664规范的核心交换芯片,支持24个100Mbps端口和4K条虚连接,以及确定性的QOS保证。本论文首先简要介绍航空网络的发展历程,然后从网络拓扑结构和系统组成方面对AFDX网络进行概述,在研究的基础上对AFDX交换机整体设计提出了有效的解决方案,着重描述了交换芯片核心部件的设计实现,包括缓存管理单元、描述符管理模块、配置表以及数据收集模块。特别在缓存管理单元设计中,采用了缓存空间的分页管理模式和空闲缓存空间的合理分配,提高交换芯片共享缓存的效率。根据AFDX网络对延迟的要求,对输出队列的调度算法进行了深入的研究,通过与常用的调度算法对比,提出了一种低时延优先的加权差额轮询调度算法。最后通过交换芯片的代码功能验证和FPGA原型验证,证明交换芯片的功能、性能满足预先设计的要求。

关键词： AFDX 共享缓存描述符调度算法

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GPON系统中共享缓存模块设计

GPON系统中共享缓存模块设计

作者：郑万立电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着语音数据网络业务的需求增长,在带宽要求和高价格敏感性的问题上,接入网面临前所未有的挑战;传统的基于SONET/SDH或以太网的接入方式无论成本还是可扩展性都无法与光接入技术竞争。无源光网络(PON)技术——特别是新兴的GPON... 详细信息

近年来,随着语音数据网络业务的需求增长,在带宽要求和高价格敏感性的问题上,接入网面临前所未有的挑战;传统的基于SONET/SDH或以太网的接入方式无论成本还是可扩展性都无法与光接入技术竞争。无源光网络(PON)技术——特别是新兴的GPON技术的到来,提供了一种低成本的,灵活的,可扩展性的接入方式。GPON最高可以提供2.5Gbps的下行带宽和1.25Gbps的上行带宽,可以满足多种业务的接入需求。ITU G.984系列协议的发布标志着GPON协议体系的成熟,进入芯片设计阶段。系统数据交换结构是GPON系统设计的关键。共享缓存是一种较为成熟的通用数据包交换结构,能够提供理想的吞吐量和延时性能;对于GPON传输速率来说,共享缓存不失为一种结构简单,易于实现的数据交换结构。本文主要研究共享缓存交换结构在GPON系统中的应用,并设计了一种基于数据包描述符的缓存管理方式。这种方式采用“零拷贝”技术,避免了采用多次复杂操作来实现数据包移动的方式,充分发挥了共享缓存池存储和交换数据的功能。新兴的接入网技术一般采用层次化调度的方式来分配有限的带宽。在这种结构中,采用数据包描述符队列占用的芯片资源很少,使上千个队列的层次化调度设计成为可能。将共享缓存结构引入到GPON系统设计中,是本文的创新和先进之处。它为GPON数据交换以及层次化调度提出了一种可行的解决方案。这正是本课题的意义所在。本文前两章简单介绍了GPON的性能特性,以及GPON协议栈;第三章提出了一种GPON系统OLT和ONU端的共享缓存模块结构设计,并分析了其中各个子模块的功能特性;第四章叙述了在SystemC平台上对该模块的仿真设计,并对结果进行分析;第五章对全文进行了概括性的总结,明确了下一步有待进行的工作和未来的一些研究方向。

关键词： GPON 共享缓存层次化调度 SystemC