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一种基于Inter-warp异构性的缓存管理与内存调度机制

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计算机工程与科学 2019年第5期41卷 788-795页

作者：方娟魏泽琳于婷雯北京工业大学信息学部计算机学院北京100124

在GPU中,一个warp内的所有线程在锁步中执行相同的指令。某些线程的内存请求可以得到快速处理,而其余请求会经历较长时间。在最慢的请求完成之前,warp不能执行下一条指令,导致内存发散。对GPU中warp间的异构性进行了研究,实现并优化了... 详细信息

在GPU中,一个warp内的所有线程在锁步中执行相同的指令。某些线程的内存请求可以得到快速处理,而其余请求会经历较长时间。在最慢的请求完成之前,warp不能执行下一条指令,导致内存发散。对GPU中warp间的异构性进行了研究,实现并优化了一种基于inter-warp异构性的缓存管理机制和内存调度策略,以减少内存发散和缓存排队延迟的负面影响。根据缓存命中率将warp分类,以驱动后面的3个组件:(1)基于warp类型的缓存旁路技术组件,使低缓存利用率的warp进入旁路,不访问L2缓存;(2)基于warp类型的缓存插入/提升策略组件,防止来自高缓存利用率warp的数据被过早清除;(3)基于warp类型的内存控制器组件,优先处理从高缓存利用率的warp接收到的请求,并优先处理来自相同warp的请求。基于warp间异构性的缓存管理和内存调度机制在8种不同的GPGPU应用中,与基准GPU相比,平均加速18.0%。

关键词：缓存管理内存调度内存发散线程束

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基于动态调控的接入控制器内存调度策略

电视技术 2013年第17期37卷 116-120页

作者：肖洋李广成杜勇武汉邮电科学研究院湖北武汉430074 武汉烽火国际技术有限责任公司湖北武汉430074 武汉虹信通信技术有限责任公司湖北武汉430074

在网络流量较大的情况下,接入控制器对大量数据包进行处理的同时会造成内存调度频繁操作,并可能引起内存泄露以及大量内存碎片的产生,成为系统瓶颈所在。为了改善系统中的内存问题,介绍了接入控制器的整体构架以及内存分配的原理,并深... 详细信息

在网络流量较大的情况下,接入控制器对大量数据包进行处理的同时会造成内存调度频繁操作,并可能引起内存泄露以及大量内存碎片的产生,成为系统瓶颈所在。为了改善系统中的内存问题,介绍了接入控制器的整体构架以及内存分配的原理,并深入分析影响内存调度性能的因素,提出一种适合接入控制器的内存调度设计方案,并通过编程加以实现。通过池式内存的多种组合方式,采用高速算法将内存块灵活运用并加以监控,从而提高系统内存调度的整体性能,实现高效的上层应用开发。

关键词：接入控制器内存调度内存池内存泄露

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基于访存行为分类的GPU内存调度研究

基于访存行为分类的GPU内存调度研究

作者：黄兰兰华中科技大学

学位级别：硕士

随着通用图形处理器在高性能计算领域取得突破性的进展,GPU(Graphics Processing Unit)通过并行执行多个程序可充分利用GPU上的计算资源。但是在多应用并行执行的GPU内存系统中,并发程序调度不当会使得程序间相互干扰,并引入严重的公平... 详细信息

随着通用图形处理器在高性能计算领域取得突破性的进展,GPU(Graphics Processing Unit)通过并行执行多个程序可充分利用GPU上的计算资源。但是在多应用并行执行的GPU内存系统中,并发程序调度不当会使得程序间相互干扰,并引入严重的公平性问题,从而影响系统的性能。针对多应用并行执行环境中程序之间的访存干扰和当前内存调度策略访问内存效率低下的问题,提出了一种基于程序访存行为分类驱动的内存调度策略—CDMS-AAB(Classification-Driven Memory Scheduling Based on Application Behavior)。目的是基于程序访存特性感知,设计内存调度来减少程序间的访存干扰,提升系统吞吐率并改善系统公平性。CDMS-AAB通过对不同访存特性的程序进行分类,实现并行环境下的差异调度,主要由判定程序类型和基于优先级的差异调度这两部分组成。判定程序类型主要是通过动态地计算程序的带宽利用率来划分程序类型,将程序分为计算密集型和存储密集型;基于优先级的差异调度则是利用类型优势对程序内的请求采用不同的排序策略进行优先级调度:不同类型程序下优先调度计算密集型程序的请求;多个计算密集型程序下纯存储密集型负载下每千条指令缺失数越小的程序优先级越高;多个存储密集型程序下则保留原始的FR-RR-FCFS(First Ready Round Robin First Come First Serve)。最后将CDMS-AAB与其它两种访存调度策略FR-FCFS(First Ready First Come First Serve)和FR-RR-FCFS进行了对比测试和分析。实验表明CDMS-AAB能够有效改善程序间的访存干扰,较好地提升了系统吞吐率和公平性。相比FR-FCFS系统吞吐率有平均10.1%的提高,系统公平性有平均11.7%的提高;相比FR-RR-FCFS系统吞吐率有平均7.4%的提高,系统公平性有平均3.4%的提高。

关键词： GPU 内存调度访存行为并行优先级

Spark Shuffle的内存调度算法分析及优化

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Spark Shuffle的内存调度算法分析及优化

作者：陈英芝浙江大学

学位级别：硕士

随着分布式计算框架的不断发展和普及,Spark以其先进的设计理念,迅速成为开源社区的热门研究项目。对于大数据计算框架而言,Shuffle过程的设计优劣和性能高低直接影响着整个系统的性能和吞吐量。本文研究的主要内容为Spark Shuffle过程... 详细信息

随着分布式计算框架的不断发展和普及,Spark以其先进的设计理念,迅速成为开源社区的热门研究项目。对于大数据计算框架而言,Shuffle过程的设计优劣和性能高低直接影响着整个系统的性能和吞吐量。本文研究的主要内容为Spark Shuffle过程中不同Task司内存分配算法的分析与优化。在分析已有Shuffle优化算法的基础上,发现因各Task对内存需求不均衡而造成Shuffle运行效率低的瓶颈。针对公平分配内存调度算法的不足,提出了一种基于溢出历史的自适应内存调度算法,并通过典型实验证明本文算法能有效提高内存利用率和程序运行效率,提高Spark系统的整体运行性能。本文的主要贡献包括：1) 阐述了分布式计算的主流框架MapReduce,包括MapReduce的编程模型、现状和不足。通过介绍Spark的设计理念分析了Spark对MapReduce模型的改进,比较了两者的优缺点。2)研究了Spark Shuffle的概念、发展及优化过程,通过阅读分析Spark Shuffle的源码研究Shuffle内存调度的思想,指出了公平分配算法存在的不足。3) 提出了基于溢出历史的自适应内存调度算法SBSA,解决Spark Shuffle公平分配内存调度算法影响Shuffle运行效率的问题。本算法详细设计了空闲内存的计算方式、关键Task可从空闲内存借用的内存比例以及Task可用内存的最大阈值。4) 通过典型实验比较了SBSA算法与先来先服务算法、公平分配调度算法的性能差异,实验结果证明本算法可以大大提高数据分布不均匀的应用程序的执行效率。从综合表现来看,本算法能充分利用空闲内存资源,提高资源利用效率,在一定程度上缓解目前内存资源不足的问题。

关键词： Spark Shuffle Spill-based 内存调度溢出历史

文件遍历内存调度算法设计及在人脸识别系统中应用

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文件遍历内存调度算法设计及在人脸识别系统中应用

作者：于元坤哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

传统的大型数据文件一般是存放在磁盘或光盘等二级存储介质上,应用程序必须将数据从硬盘或光盘调入内存后才能计算处理。一个适合的内存调度算法能够有效避免硬盘颠簸现象的发生,最大程度地提高软件效率。然而,在CPU保护模式下,只有操... 详细信息

传统的大型数据文件一般是存放在磁盘或光盘等二级存储介质上,应用程序必须将数据从硬盘或光盘调入内存后才能计算处理。一个适合的内存调度算法能够有效避免硬盘颠簸现象的发生,最大程度地提高软件效率。然而,在CPU保护模式下,只有操作系统具有内存调度的权限,应用软件处理海量数据时只能依靠操作系统提供的内存调度算法。当操作系统的内存调度算法不适合软件的页面访问模式时,软件处理数据的效率就会大打折扣。本文通过结合Windows操作系统自身内存调度策略和分布式技术,在单机和网络环境中提出了一种内存调度方案和调度机制,使应用软件不再局限于操作系统的内存调度策略而能自由选择最适合的内存调度算法,满足了人脸识别系统遍历人脸模型文件时对内存调度的特殊要求,达到了提高软件效率的目的。在单机环境中,本算法依据软件的页面访问模式,在操作系统原有内存调度策略的基础上为软件定制一种适合的内外存调度机制,降低磁盘的读写次数,提高软件效率。在网络环境中,本算法将处理海量数据的巨大工作切割成多个小的任务,并根据网络上各个计算机的内存状态科学合理地分配任务,以此达到负载均衡,提高系统整体效率的目的。

关键词：内存调度页面访问模式文件遍历人脸识别负载均衡

面向虚拟增强现实的CPU-GPU异构系统内存调度方法研究

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面向虚拟增强现实的CPU-GPU异构系统内存调度方法研究

作者：范爽吉林大学

学位级别：硕士

虚拟现实（Virtual Reality, VR）和增强现实技术（Augmented Reality，AR）处于当今科技发展的最前沿。VR技术试图构建逼真的人工三维体验，而AR技术侧重于虚拟和真实世界的结合，它们被广泛应用于教育、医疗、游戏等各个领域。VR/AR ... 详细信息

虚拟现实（Virtual Reality, VR）和增强现实技术（Augmented Reality，AR）处于当今科技发展的最前沿。VR技术试图构建逼真的人工三维体验，而AR技术侧重于虚拟和真实世界的结合，它们被广泛应用于教育、医疗、游戏等各个领域。VR/AR 应用程序包括视觉、听觉以及触觉等多种感官交互，其中视觉任务包括3D渲染、图像追踪、失真矫正等，听觉任务方面包括语音程序识别等。为了不断提升用户体验，计算机不仅要保障视觉、听觉、触觉等各个交互模态流畅的性能，更要保持不同交互模态之间的同步性。　　基于CPU和GPU的异构架构（例如NVIDIA Jetson Nano等）被广泛应用于嵌入式和移动设备，也成了当前主流的VR/AR处理平台。在这一系统中，CPU专门负责处理串行任务，例如涉及大量串行信号处理的听觉与触觉相关程序，而GPU 拥有大量处理单元，擅长进行高效的并行计算，因此常被用于处理视觉任务。此外，嵌入式设备通常采用共享内存的设计， CPU与 GPU不同的访存特性导致相互干扰，不仅降低了各自性能，更会影响不同模态间的同步。如何根据不同处理器的特性设计调度方案成为了新的挑战。因此，本文针对异构平台下不同处理器的访存特性进行分析，根据其特点设计了共享存储异构平台处理器访存特性感知的内存调度算法，旨在解决 CPU-GPU 异构多核处理器在并行执行程序时，争夺共享内存资源导致的性能下降和性能不同步问题。针对以上问题，本文进行了如下两个方面的研究：　　（1）针对多GPU程序并行运行时，本文提出了GPU的容忍度公式，根据GPU能够隐藏时延的特性及 GPU程序的内存访存特性，对不同的 GPU程序进行优先级调度决策。　　（2）针对多个 CPU和多个 GPU程序并行运行时，本文对不同处理器增加了信息监控单元、内存请求区分队列，在内存控制单元对不同处理器添加相应的计数器，基于内存特性分析所得出的阈值，对不同处理器的访存进行隔离和优先级调度。　　本文基于 GPGPU-Sim、Gem5、DRAM-Sim仿真平台对 8个虚拟增强现实测试集程序进行实验验证。结果表明，经调度算法后对于CPU的基准测试程序性能大部分提升在0.5～2倍之间，GPU基准测试程序性能提升在10%～15%，CPU访问行命中率平均提升31.9%，CPU和GPU的访问同步性平均提升32%。

关键词：虚拟增强现实中央处理器图形处理器异构架构访存特性内存调度

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体视化中体数据的内存调度与管理

现代计算机 2003年第10期9卷 10-13页

作者：花卫华刘修国尚建嘎中国地质大学信息工程学院武汉430074

在体视化技术日趋成熟的今天,笔者通过研究体视化技术在三维地质模拟中的应用,发现体数据的内存调度存在很大瓶颈。本文利用操作系统中二次机会法的内存管理思想,讨论了应用二次机会法对三维体数据进行内存管理与调度的原理和方法,有效... 详细信息

在体视化技术日趋成熟的今天,笔者通过研究体视化技术在三维地质模拟中的应用,发现体数据的内存调度存在很大瓶颈。本文利用操作系统中二次机会法的内存管理思想,讨论了应用二次机会法对三维体数据进行内存管理与调度的原理和方法,有效地解决了大容量体数据在三维可视化系统中的存取与调度问题,大大提高了体数据可视化的速度,为三维数据场的内存数据组织与管理提供了一条有效的途径2。

关键词：体视化体数据内存调度内存管理操作系统图像处理计算机

基于国产ARM虚拟化平台的动态内存调度设计

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信息通信 2020年第12期33卷 63-67页

作者：张勋臣袁刚樊荣中国船舶重工集团公司第七二二研究所湖北武汉430205

为丰富虚拟化技术在未来的国产自主服务器上的应用,文章基于KVM虚拟化方案设计,针对传统静态分配内存资源在虚拟机上机械僵化、效率不高的问题,通过Ballooning内存技术,并结合智能优化算法,提出了一种由动态感知模块、预留保护模块、内... 详细信息

为丰富虚拟化技术在未来的国产自主服务器上的应用,文章基于KVM虚拟化方案设计,针对传统静态分配内存资源在虚拟机上机械僵化、效率不高的问题,通过Ballooning内存技术,并结合智能优化算法,提出了一种由动态感知模块、预留保护模块、内存自适应模块组成的动态内存调度方案。实验结果表明,在使用动态内存调度方案下,实现了虚拟机内存的自动化部署,有效提高了虚拟机内存系统的性能。

关键词：国产化 KVM 内存调度智能优化算法

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WINDOWS环境下内存对象的分配和调度

微电子学与计算机 1996年第6期13卷 40-43页

作者：寇夏莲高鹏西北大学电子科学系骊山微电子公司

本文讨论了ＷＩＮＤＯＷＳ环境下虚拟存储管理的体系结构，阐述了全局内存对象和局部动态数据对象的空间分配、移动、删除以及堆的自动增长和压缩的机理。

关键词：内存分配内存调度内存对象 Windows