[发明专利]多核处理器共享高速缓存任务调度方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机软件以及片上多核处理器资源管理与任务调度技术领域，涉及一种考虑共享高速缓存Cache的任务调度方法。

背景技术

近年来，随着超大规模集成电路集成度和主频的不断提高，集成电路技术遇到了诸如互连线延时、短沟道效应、漂移速度饱和、热载流子退化效应等不可逾越的物理极限挑战。这种挑战给单核处理器技术带来了制造成本、功耗、散热等问题，促使芯片厂商转向在芯片上集成多个处理器核的多核处理器。目前，集成数十核的商业多核U处理器，如十二核Intel Xeon E5、AMD皓龙等已广泛应用在机群、数据中心、云计算等大型计算服务领域。

片上多核处理器最关键的结构特点在于：其所有处理器核并不是独立存在的，而是通过诸多公共资源互相连接，这些资源包括高速缓存Cache、访存通道等。这种体系结构特点使得多个用户应用或并行线程在多核处理器上执行时，即使不存在任何跨应用的资源与通讯需求，各个应用或线程仍然由于共享资源而受到彼此干扰，例如共享高速缓存Cache。由于多个应用或线程共享片上多核处理器最后一级Cache(L2或L3)，使彼此间相互竞争Cache资源产生冲突，导致多核处理器并发性能下降。

多核处理器由于共享Cache资源导致性能下降问题一直是是国内外研究热点，本发明采用软件任务调度策略来克服此问题，试图通过合理的任务分配与调控来缓解资源冲突带来的干扰，有效减少并发性能下降。

任务调度问题本质上属于组合优化问题，而组合优化问题的最优解属于NP完全问题，特别是本发明需要满足任务共享Cache块需求，因而更是NP完全问题。实际上获得NP完全问题解代价太大。

发明内容

本发明针对多核处理器并行线程由于共享二级或三级高速缓存Cache而导致线程间因竞争资源产生冲突，使多核处理器并发性能下降现象，提出共享Cache驱动的任务调度方法。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种多核处理器共享高速缓存任务调度方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：对多核处理器系统共享高速缓存Cache进行Cache块划分，首先按列地址空间把共享Cache分成若干Cache页，然后再将共享Cache划分成由Cache页构成的Cache块；

步骤2：分别初始化任务最早开始执行时间、单个处理核最早执行完成时间、单个处理核所拥有共享Cache块数、系统可用共享Cache块数；

步骤3：对于多核处理器系统任务队列中的每个任务，根据其执行时所需求的共享Cache块数，来对系统中的每个处理核进行判断，如满足系统可用共享Cache块数与相应处理核所拥有共享Cache块数之和不小于该任务所需共享Cache块数，则计算该任务在该处理核上的最早执行完成时间，否则不进行计算，遍历所有处理核之后再对下一个任务进行判断，直至判断完所有的任务为止；

步骤4：根据步骤3的结果，判断是否存在能够执行任务队列中任务的处理核，即有没有计算出任一任务在任一处理核上最早执行完成时间，如有则执行步骤6，否则执行步骤5；

步骤5：查询所有处理核处理现有自身任务的执行完成时间，找到当前处理任务剩余的执行完成时间最短的处理核，将此处理核的执行完成时间更新为不再是所有处理核中最早的执行完成时间，并等待此处理核完成任务，然后释放此处理核所拥有的共享Cache块数，多核处理器系统可用共享Cache块数即更新为原有块数+此处理核所拥有的共享Cache块数，此处理核所拥有的共享Cache块置为0，转步骤7；

步骤6：根据步骤3得到的每个任务在相应处理核上的最早执行完成时间，找出其中最早的执行完成时间以及所对应的任务v_i及相应处理核p_k；系统把任务v_i分配给处理核p_k，更新处理核p_k的最早执行完成时间为该任务v_i在处理核p_k上的最早执行完成时间，处理核p_k所拥有的共享Cache块数量更新为原处理核p_k所拥有的共享Cache块与任务v_i所需的共享Cache块数之和，多核处理器所拥有的可用共享Cache块的数量更新为原多核处理器所拥有的可用共享Cache块减去任务所需共享Cache块数，转步骤7；