编译指导下的静态分析与代码转换策略研究

摘要

随着CPU制作工艺的快速发展,CPU的核心数从原来的单核、双核发展到现在的四核、八核甚至更多。为了提高运算速度,尽可能的有效利用现有物理核心,多核运行时系统应运而生。多核运行时系统可将多核计算资源进行有效组织,通过在运行时对计算任务进行分配和调度,向用户提供高性能的计算服务。静态分析技术是编译器后台处理的关键组成部分,通过在不执行程序的情况下对程序行为进行分析处理,生成与代码有关的分析结果。目前的运行时系统调度策略中,缺少对调度的目标代码进行有效的分析,造成调度策略失准和额外开销过大,从而降低了系统的性能。
　　基于编译指导的静态分析和代码转换系统以从用户源代码中获得的分析结果和用户的编译指导信息为基础,以降低运行时系统任务调度开销为目标,在静态分析、代码转换、运行时任务创建和任务调度等方面进行了深入研究。任务创建过程中考虑任务创建开销和核心的计算能力,保证大部分核心都能在规定时间内保持相对较低的空闲率。在程序静态分析阶段中,对执行方案进行执行效率和并行度方面进行差异化优化。通过代码安全性检测,保证代码转换过程的正确执行。在运行时阶段,任务执行方式的选择上综合考虑任务节点的计算开销以及计算节点的深度信息,选择合适的执行方式响应计算请求。动态管理运行时任务的相关运行状态,在保证计算正确性的同时,有效降低额外开销。
　　通过目前流行的多核运行时系统GOMP进行模拟实验,将基于静态分析的运行时策略与GOMP内置的运行时策略进行比较,试验结果表明,基于静态分析的运行时策略管理系统的平均响应时间降低了18％,CPU利用率提高了16%。实验进一步表明,所采用的静态分析和代码转换方案对运行时系统的调度性能的提升有很大的帮助。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

1.4 文章框架结构

2 多核环境下静态分析和代码转换系统的设计

2.1系统主要设计思路

2.2系统结构与系统模块

2.3 算法工作流程

2.4 本章小结

3 多核环境下静态分析和代码转换系统的实现

3.1 基于静态分析的任务资源估算

3.2 影响任务执行的重要指标

3.3 运行时动态调整策略

3.4 本章小结

4 系统测试与分析

4.1 OpenMP测试集BOTS介绍

4.2 BOTS模拟环境设置

4.3 功能测试

4.4 性能测试

4.5 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间申请的国家软件著作版权

附录2 攻读硕士期间参与的科研项目