基于局部性原理的程序访存数据亲缘性分析

摘要

近年来，计算机CPU速度的高速增长和内存速度的缓慢增长使得CPU和内存之间的速度差距越来越大，这导致内存系统成为性能上的瓶颈，现代计算机体系结构中广泛采用Cache来降低这种影响，但是Cache不能命中会引起较长时间的内存读取。实际中，Cache能否得到充分的利用取决于程序局部性和数据的复用模式。一般通过数据重组和结构拆分等程序局部性优化技术可以改善程序局部性，但是这些程序局部性优化技术需要改变程序访存数据的内部组织或者相邻关系，程序访存数据亲缘性分析可以指导程序访存数据的内部组织或者相邻关系的改变，因此程序访存数据亲缘性分析是程序局部性优化的关键。
　　论文主要研究程序访存数据亲缘性分析方法，除此之外，在应用程序访存数据亲缘性方法之前通常需要通过程序分析收集程序性能数据，例如程序访存数据。论文阐述的主要内容包括如下几点：（1）为了获取程序访存数据，提出基于Pin的程序分析框架。程序分析的主要原理是利用动态插桩系统Pin对应用程序进行不同级别的代码插桩从而得到程序分析结果。该框架的主要功能包括程序访存数据获取、指令统计和函数调用图构建。（2）对程序访存数据进行亲缘性分析时，提出了基于重用距离序列相似度的程序访存数据亲缘性分析方法。方法中首先计算出程序访存数据的重用距离序列，然后对重用距离序列的相似度进行计算，最终得到程序访存数据的亲缘性。
　　最后针对上述提出的基于Pin的程序分析框架中的程序访存数据获取模块以及基于重用距离序列相似度的程序访存数据亲缘性分析方法，论文完成了程序访存数据亲缘性分析工具的实现，并使用实例测试验证了该分析工具的有效性。

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2课题来源及主要内容

1.3论文组织结构

第二章 相关背景知识介绍

2.1程序分析介绍

2.2局部性原理与重用距离

2.3动态插桩系统Pin概述

2.4本章小结

第三章 基于Pin的程序分析框架设计

3.1相关工作介绍

3.2总体设计

3.3程序分析框架子模块设计

3.4本章小结

第四章 基于重用距离序列相似度的程序访存数据亲缘性分析

4.1引言

4.2相关工作介绍

4.3亲缘性分析过程

4.4实验仿真

4.5本章小结

第五章 程序访存数据亲缘性分析工具的实现

5.1程序访存数据获取模块的实现

5.2亲缘性分析模块的实现

5.3工具测试

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间申请的专利

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢