面向多核平台不稳定性的体系结构评估方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机体系结构评估技术领域，具体涉及一种面向多核平台不稳定性的体系结构评估方法。
【背景技术】
[0002]随着单个核上晶体管密度不断增加，摩尔定律难以继续生效，CPU设计者更多地致力于通过增加核的数量来进一步提高处理器的计算能力。然而，由于多核平台复杂的核间交互，如线程迀移、共享资源竞争等，导致同一个程序或者同一组程序的组合在多次执行的时候性能表现出显著差异。这种不稳定现象给多核平台相关各种评估造成了极大障碍。
[0003]为了解决不稳定现象带来的问题，目前主流研究主要集中在两个方向:消除不稳定方法和基于统计的分析方法。消除不稳定的方法跟踪并记录程序执行的关键路径，并通过重放机制(Replay)强制后续执行重现此路径。然而这种方法强制多次测试执行相同的路径，未考虑不同的执行路径所体现的不同系统行为。基于统计分析的方法通过建立数学模型来计算在既定置信度下需要测试的次数，并对每次测试的结果求平均值来估算性能。该方法的不足在于没有考虑到测试程序在多核平台上不稳定性的根本因素，即执行路径的变化。由于不稳定性，测试程序在不同的体系结构设计上的多次执行的执行路径分布不相匹配，对于这些不相匹配的执行纳入计算平均值会导致体系结构评估的误差，降低评估结论的可靠性。
[0004]鉴于这些技术方案在路径覆盖面和可靠性上的缺陷，本发明提出了一种基于相似路径的多核平台体系结构评估方法。本发明可以覆盖到测试程序在多核平台上的不同路径，并且仅针对相似路径的执行进行比较，提高了评估的精准度。同时，本系统可以集成在体系结构模拟器或扩展在原始硬件上，其开销可以忽略不计。本评估方法提高了体系结构评估的可靠性，对体系结构设计领域有着重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种路径覆盖面广、评估精准度高的面向多核平台不稳定性的体系结构评估方法。
[0006]本发明提供的面向多核平台不稳定性的体系结构评估方法，包括多核路径特征提取方法和相似路径划分方法；其中，多核路径特征提取方法根据运行环境，例如体系结构模拟器或硬件扩展，来收集测试程序在多核平台上执行路径的特征向量；相似路径划分方法通过基于机器学习的核对齐、区间对齐、聚类等方法，划分出具有相似路径的多次执行，并基于相似路径对不同的体系结构设计进行评估。
[0007]所述多核路径特征提取方法，即在测试程序运行时收集其执行路径特征向量，其具体步骤为:
首先，将程序的执行划分成多个区间，区间划分的单位需要表征各个线程或核相对执行速度的信息，例如时钟周期等； 当全局统一的区间划分单位每到达一预设值时，在各个核内生成出各核在该区间内的程序执行特征的信息，例如基本向量块(BBV);
然后，将每个核的程序执行特征的信息排列在一起组成该区间的特征向量；
最后，将运行时每个区间的特征向量排列在一起组成执行路径特征向量。
[0008]为减少执行路径特征向量的存储开销，每个程序执行特征的信息经过降维处理，并且甚收集方式为:线上在各核中实现相位表收集相位信息与每个区间所对应的相位即区间相位表，线下根据相位信息重组路径特征向量。
[0009]所述相似路径划分的方法，包括以下阶段:核对齐阶段，区间对齐阶段，聚类阶段；其中:
(1)在核对齐阶段，首先将各核的路径特征向量合并为核路径特征向量；然后对多次执行的所有核路径特征向量进行机器学习的聚类操作，划分在相同类内的核路径特征向量所代表的核，具有相似路径并具有对应关系；然后根据聚类结果生成核对齐矩阵，对齐矩阵的每一行为每一次执行，每一列为各个划分的类，每次执行的每个核按照划分结构将其标识符填入相对应的矩阵位置中；最后根据核对齐矩阵中每一行内不同核的顺序对每次执行的路径特征向量进行调整与对齐；
核对齐操作结束后，线程映射不同的相似执行路径能在最终聚类阶段正确识别为相似路径；
(2)在区间对齐阶段，首先以细粒度划分执行路径特征向量收集区间；然后在此基础上对所有路径特征向量进行等比例的递归划分；最后直至划分的区间粒度都小于一定值，此时不同执行的区间数目相等，各区间代表的路径百分比相同；
区间对齐操作结束后，执行路径特征向量长度不同的相似路径能在最终聚类阶段正确识别为相似路径；
(3)最终聚类阶段，通过机器学习K-means算法将经过核对齐与区间对齐的路径特征向量进行聚类；在同一类内的路径特征向量所代表的执行具有相似的执行路径。
[0010]基于相似路径对不同的体系结构设计进行评估方法，其过程是，将测试程序在不同的体系结构设计上进行多次执行，通过多核路径特征提取与相似路径划分得出具有相似路径的执行。其只针对在一种体系结构设计上的执行和在另一设计上拥有相对应即具有相似路径的执行进行性能比较，从而得出这两种体系结构设计的评估结论。
[0011]本评估方法可以在体系结构设计中有效地在多核平台的不稳定性的影响下，可靠地评估出不同体系结构设计间的差异，得出正确的评估结论，从而提高体系结构的设计的可靠性。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的流程示意图。
[0013]图2是本发明中执行路径特征向量的结构示意图。
[0014]图3是本发明执行路径特征向量收集硬件拓展结构示意图。
[0015]图4是核对齐阶段示意图。
[0016]图5是区间对齐阶段示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0018]在此之前需要说明的是，本说明书所使用的术语或词语不能限定解释为通常的含义或辞典中的含义，而应当立足于为了以最佳方式说明其发明人可以对术语的概念进行适当定义的原则解释为符合本发明技术思想的含义和概念。随之，本说明书所记载的实施例和附图中表示的结构只是本发明最佳实施例之一，并不能完全代表本发明的技术思想，因此应该理解到对于本发明而言可能会存在能够进行替换的各种等同物和变形例。
[0019]本发明以评估两个不同的体系结构设计为例，如图1所示，【具体实施方式】如下:
(I)将同一测试程序在这两种不同的体系结构设计之上多次运行。
[0020](2)根据运行环境来收集测试