多核处理器并行编程模型的设计和实现

摘要

随着现代社会对计算能力和信息处理速度要求的不断提高，如何提高CPU处理能力成了亟需解决的问题。传统的依靠提高CPU主频来提高处理能力的方法由于受到功耗和设计复杂度的制约已接近极限，在这种背景下，多核处理器开始出现并成为主流。
　　 多核处理器出现的目的是为了提升程序的性能，然而传统的串行程序却无法充分利用多核资源来提高运算速度，硬件性能的提升与软件功能的滞后之间的矛盾日趋显著。编写适用于多核平台的并行程序成为了解决软硬件矛盾的有效途径之一，这需要程序开发人员全面了解多核处理器体系结构和并行编程方法，开发与维护的难度比较大。
　　 针对这些问题，本文设计并实现了一个多核处理器的并行编程模型，为开发人员提供了一个方便高效的开发多核并行程序的接口。我们所设计的多核处理器并行编程模型是基于任务密取调度策略的以任务作为处理对象的并行程序库。测试表明，使用该并行编程模型开发的并行程序可获得高性能：资源利用率高、可扩展性好。论文的主要工作有以下几个方面：
　　 (1)研究了并行程序设计的一般方法和多核处理器的体系结构，分析了多核处理器环境下可能影响并行程序性能的因素，并且针对这些问题，提出了一些解决方案。
　　 (2)设计并实现了一个基于任务的并行编程模型，它提供了单任务多数据流并行和多任务并行两种并行处理方式，其中单任务多数据流并行提供cache块划分技术以减少存储竞争，多任务并行提供任务密取的任务调度策略以实现负载均衡。另外，并行编程模型还提供了cache行对齐内存管理、原子操作、栅栏机制、消息机制这些基本功能特性。
　　 (3)在多核处理器环境下通过计算斐波那契数列和图像处理算法的实例测试分析了并行编程模型的性能。