[发明专利]一种高速缓存分区域性能监视方法及监视器

说明书

技术领域

本发明涉及计算机系统技术领域，尤其涉及一种高速缓存分区域性能监视方法及监视器。

背景技术

目前，处理器广泛采用多级高速缓存结构的存储器，用以加快访存指令的执行速度。随着处理器和存储器之间速度差距的不断扩大，高速缓存尤其是末级高速缓存失效产生的系统开销逐渐增大，成为制约计算机整体性能提高的重要瓶颈之一。如何降低末级高速缓存失效是当前计算机软硬件设计人员普遍关心的问题之一。

当前计算机系统普遍采用虚拟存储系统，由操作系统为应用程序分配物理内存，以页为单位建立虚拟地址和物理地址之间的映射关系。根据局部性原理，虚拟地址相邻的数据具有相似的访存行为。已有相关末级高速缓存优化技术通常将大片连续的虚拟地址组成一个数据区域，作为调整末级高速缓存管理策略的基本单位。但是，由于缺少性能监视器的支持，现有末级高速缓存优化技术难以在程序运行阶段获得不同虚拟地址区域的末级高速缓存访问信息，从而无法确定其访存行为和局部性强度，因此也难以在线调整末级高速缓存管理策略。

此外，现有技术中还存在如下问题或不足：虽然利用比较器可以确定单个地址所在的区域范围。但是，由于末级高速缓存通常采用物理地址寻址、物理地址索引结构。在程序运行过程中，操作系统已经为虚拟页分配了相应的物理页框。区域中的数据被分散到各个不连续的物理页框中，使得处理器难以在末级高速缓存访问过程中判断单个物理地址所属的数据区域。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高速缓存分区域性能监视方法及监视器，克服现有技术中末级高速缓存技术缺少性能监视等技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速缓存分区域性能监视方法，应用于采用多级高速缓存结构的处理器，所述方法包括：

将虚拟地址空间分为多个虚拟地址数据区域，在处理器一级高速缓存层建立区域信息表，所述区域信息表中存放各虚拟地址数据区域的区域编号和虚拟地址范围；

所述处理器的一级高速缓存失效后，所述处理器依据失效的虚拟地址查询所述区域信息表，确定所述虚拟地址所属的虚拟地址数据区域，并将所述虚拟地址数据区域的区域编号传递给下一级高速缓存。

其中，所述虚拟地址数据区域的虚拟地址范围包括开始地址和结束地址；

所述处理器的一级高速缓存失效后，所述处理器将所述失效的虚拟地址逐个与所述虚拟地址范围的开始地址和结束地址进行比较，确定所述虚拟地址所属的虚拟地址数据区域。

其中，所述处理器在运行过程中，通过比较单次访存操作的虚拟地址与所述区域信息表中的虚拟地址范围，确定本次访存操作的虚拟地址数据区域的区域编号。

其中，上述方法还包括：

在所述处理器的末级高速缓存层建立分区域末级高速缓存性能监视表，所述分区域末级高速缓存性能监视表中包括所述虚拟地址数据区域的区域编号和访问信息，其中所述虚拟地址数据区域的访问信息包括末级高速缓存失效计数信息和/或末级高速缓存命中计数信息。

其中，上述方法还包括：

所述处理器访问所述末级高速缓存时，根据本次末级高速缓存访问操作的操作结果更新所述分区域末级高速缓存性能监视表中对应虚拟地址数据区域的访问信息。

其中，所述处理器依据所述末级高速缓存访问操作的区域编号确定所述分区域末级高速缓存性能监视表中对应的虚拟地址数据区域。

本发明还提供了一种高速缓存分区域性能监视器，应用于采用多级高速缓存结构的处理器，包括：

信息管理单元，用于将虚拟地址空间分为多个虚拟地址数据区域，在处理器一级高速缓存层建立区域信息表，所述区域信息表中存放各虚拟地址数据区域的区域编号和虚拟地址范围；

控制单元，用于当处理器的一级高速缓存失效后，依据失效的虚拟地址查询所述区域信息表，确定所述虚拟地址所属的虚拟地址数据区域，并将所述虚拟地址数据区域的区域编号传递给下一级高速缓存。

其中，所述控制单元，通过将所述失效的虚拟地址逐个与所述虚拟地址范围的开始地址和结束地址进行比较，确定所述虚拟地址所属的虚拟地址数据区域；

其中，所述虚拟地址数据区域的虚拟地址范围包括开始地址和结束地址。

其中，所述控制单元还用于，在运行过程中，通过比较单次访存操作的虚拟地址与所述区域信息表中的虚拟地址范围，确定本次访存操作的虚拟地址数据区域的区域编号。