支持高性能I/O的处理器结构研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 唐丹 |
| 答辩日期 | 2010-02-09 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 胡伟武 |
| 关键词 | 计算机系统结构， I/o系统，dma，cache，i/o一致性 |
| 学位专业 | 其它专业 |
| 英文摘要 | I/O系统是计算机与外界交流的通道，从计算机系统诞生起就在计算机系统中占有重要地位，以TPC系列和SPECWEB系列为代表的I/O密集型应用已经成为计算机系统应用的重要组成部分。与此同时高速I/O总线和高速I/O设备的发展也对高性能通用处理器的I/O处理能力提出了更高的要求。 本文从处理器结构设计的角度对提升处理器I/O性能进行了研究。首先，提升I/O系统可访问的存储层次的位置，使之高于处理器最后一级cache，不仅可以简化处理器硬件I/O一致性协议的实现，同时还为I/O系统利用处理器最后一级cache提高I/O性能提供了可能。其次，提出DMA Cache技术，使得处理器和I/O设备可以通过处理器最后一级cache和DMA Cache交换I/O数据。最后，针对以太网I/O应用使用片上Scratchpad Memory来消除以太网接收和发送过程中的基于每个帧的开销。 本文的主要贡献如下： 1. 提出提升I/O系统可访问的存储层次的位置，使之从内存系统层次提升至高于处理器最后一级cache层次。I/O系统可访问的存储层次的位置的提升，不仅可以简化处理器硬件I/O一致性设计与实现，还为I/O系统利用处理器最后一级cache来提高I/O性能提供了可能。 2. 通过对I/O DMA访存行为的分析，观察到I/O访存与CPU访存在行为上有很大不同。根据I/O设备和处理器在访存行为上的区别，提出使用DMA Cache技术在处理器中分离CPU数据和I/O数据，并使得I/O设备和处理器可以通过DMA Cache和处理器最后一级Cache交换I/O数据，从而提高I/O系统性能。实验结果表明，相对传统的Snooping Cache技术，DMA Cache可以得到平均34.8%，最大58.4%的性能提高。实验结果还发现，已有研究工作提出的被学术界和工业界广泛认可的Share Cache技术，虽然也能得到较高的I/O数据Cache命中率，但反而降低性能（最大-15.1%）。 3. 针对网络I/O，已有研究工作都致力于消除基于每个字节和基于每个TCP包的开销。本文指出在以太网I/O中还存在一种基于每个以太网帧的开销无法被现有优化技术消除，并提出使用片上Scratchpad Memory技术来消除这种开销。这种Scratchpad Memory的实现只需要修改处理器最后一级cache的替换算法。在基于四核龙芯3号处理器的平台上的性能测试表明，基于每个以太网帧的开销的消除对短以太网帧能得到6.4%的性能提高。 |
| 学科主题 | 计算机系统结构 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-24 |
| 源URL | [http://ictir.ict.ac.cn/handle/311040/383]  |
| 专题 | 中国科学院计算技术研究所学位论文_2010博士 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 唐丹. 支持高性能I/O的处理器结构研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：计算技术研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。