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基于滑动窗口的多核程序数据竞争硬件检测算法
  • ISSN号:1000-436X
  • 期刊名称:《通信学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP303[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150080, [2]哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院博士后流动站,黑龙江哈尔滨150080, [3]哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001
  • 相关基金:国家自然科学青年基金资助项目(No.61502123);黑龙江省青年科学基金资助项目(No.QC2015084);中国博士后科学基金资助项目(No.2015M571429);国家自然科学基金资助项目(No.61472100);国家重点基础研究发展计划(“973”计划)基金资助项目(No.2011CB302501)
中文摘要:

数据竞争是引起多核程序发生并发错误的主要原因。针对现有基于硬件的happens-before数据竞争检测方法硬件开销大的问题,提出了一种轻量级的内存竞争硬件检测算法,该算法利用滑动窗口技术动态检测程序执行过程中发生的距离较近、更易引发并发错误的数据竞争。考虑竞争距离的大小,将并发线程片段细分为加锁并发竞争域和包含线程近期执行序列的未加锁并发竞争域,用一对交替移动的可重写滑动窗口保存未加锁并发竞争域内的内存操作指令,用一个大小可变的可重写滑动窗口保存加锁并发竞争域内的内存操作指令,当来自远程的共享访问与窗口内的内存访问发生冲突时,检测到数据竞争。在硬件实现结构中,仅为每个处理器核添加3对较小尺寸的硬件签名寄存器来保存并发竞争域内的数据地址,无需更改原有的cache一致性协议,带来的带宽开销低,能够快速地检测多核程序并发执行过程中发生的动态数据竞争,为多核程序开发和生产运行阶段的并发错误诊断提供有效的指导信息。

英文摘要:

Data race is a major factor which causes multi-core programs to produce concurrent bugs. To address the high hardware cost in happens-before detection proposals, a light-weight hardware data race detection approach based on sliding window technology was proposed. It used sliding windows to save recent memory instructions in thread execution and dynamically detected data races with small race distance which more easily lead to concurrent bugs. Considering the race distance, parallel thread segments were subdivided into concurrent race regions with lock and concurrent race regions without lock. A pair of alternate rewritable sliding windows was used to store the memory instructions in concurrent race region without lock, and a sliding window with variable size was used to store the memory instructions in concurrent race region with lock. When there was a conflict between a remote sharing access and memory accesses in sliding windows, a data race was detected. In the hardware implementation, the addresses of the data in sliding windows were automatically encoded into three hardware signatures with small size. Data races can be detected quickly without modifying the L1 cache and cache coherence protocol messages. This approach supplies efficient guidance to help users to diagnose concurrency bugs occurred in the development and production run of multi-core programs, achieving smaller hardware and bandwidth overhead.

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期刊信息
  • 《通信学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国通信学会
  • 主编:杨义先
  • 地址:北京市丰台区成寿寺4路11号邮电出版大厦8层
  • 邮编:100078
  • 邮箱:
  • 电话:010-81055478 81055481
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-436X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2102/TN
  • 邮发代号:2-676
  • 获奖情况:
  • 信息产业部通信科技期刊优秀期刊二等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:25019