多核处理器目录缓存结构设计

来源：计算机研究与发展杂志2015年第6期北京时间：

作者：王恩东,唐士斌,陈继承,王洪伟,倪璠,赵雅倩,

摘要：随着物联网、云计算与网络舆情分析等应用的快速发展，大数据处理的应用已经成为数据中心的核心负载.数据中心服务器普遍采用多核处理器，而目录缓存作为多核处理器结构中维护缓存一致性的关键部件，对其结构研究(如稀疏目录)更多地关注于目录缓存的容量与可扩展性，更适合处理高性能计算等计算密集型应用.然而，当多核处理器执行延迟敏感的大数据应用程序时，目录缓存的高访存延迟严重制约了数据中心的服务质量.针对该问题，新型主从目录缓存结构优化了数据访问过程中的一致性协议通路，其中主目录区分共享与私有数据，管理私有数据的访存操作，降低私有数据的访存延迟，提高了从目录的容量利用率；从目录维护共享数据的缓存一致性，采用有限位标签结构，提高了从目录的存储效率.实验在Simics+GEMS模拟平台上对大数据程序测试集Cloudsuite-v1.0进行评估.结果表明在以大数据应用程序为主的运行环境下，与2倍容量的稀疏目录相比，主从目录缓存结构降低了24.39%的硬件开销，降低了28.45%的缓存缺失延时，提升了3.5%的处理器IPC；与缓存内目录相比，主从目录结构虽然损失了5.14%的缓存缺失延时与1.1%的处理器IPC，但是降低了42.59%的硬件开销.

关键词：大数据, 多核处理器, 缓存一致性, 目录缓存, 稀疏目录,