基于软硬件混合监测机制的多核环境下内存系统性能分析与优化技术研究

计算机内存系统是影响体系结构、系统软件和应用软件效能的最重要因素之一。由于处理器与内存之间的性能差距越大（即"Memory Wall"问题），内存系统已成为制约系统性能的瓶颈，而多核技术的发展使"内存墙"问题更严重。本课题将设计与实现一种新颖的软硬件混合监测机制来研究多核环境下内存系统的性能分析与优化技术，主要研究内容包括：（1）研究一种软硬件结合的监测技术以弥补传统硬件监测机制存在的Trace语义鸿沟问题（Semantic Gap），有效地增强计算机内存系统的性能监测与分析手段；（2）将上述混合监测机制应用到多核平台，研究多核环境下内存系统的延迟与带宽问题，并与操作系统、运行时环境以及编译等结合研究提出适合多核的调度、预取等优化技术；（3）通过研究I/O系统访存特征提出优化技术，提高I/O系统的访存性能。

计算机内存系统是影响体系结构、系统软件和应用软件效能的最重要因素之一。本项目通过3年的研究，在以下方面取得创新成果：（1）设计与实现了一种软硬件结合的访存监控系统HMTT，解决了硬件侦听无法获取程序语义信息的难题，并在此基础上研制了一系列扩展工具，包括内存功耗测试仪器、函数/变量级别分析工具、多线程锁分析工具等，相关成果发表在PACT、ISPASS等国际重要计算机系统性能分析会议上。（2）针对多核环境下应用相互干扰对内存系统性能的问题，提出基于也着色的内存Bank划分技术，进一步发现Cache与内存之间的协同划分策略空间，通过对该空间的分析评估，有效地减少了干扰从而提高系统性能，相关成果发表在PACT国际重要计算机体系结构会议上。（3）基于HMTT开展了一列计算机内存系统优化技术的研究，分析了I/O访存特征，提出了DMA Cache技术提高I/O访存性能，相关成果发表在HPCA国际计算机体系结构顶级会议。（4）在Hill-Marty模型基础上分析了处理器性能与芯片面积可能的关系，进而从理论上推导出该多核处理器扩展性模型下的最优值；对于某种多核处理器结构(对称、非对称、动态)，发现其理论上的最优扩展性同时取决于应用的并行比例以及与技术工艺，相关成果发表于ACM期刊上。