[发明专利]一种新型缓存优化多线程确定性方法

摘要

本发明提出了基于缓存优化的多线程确定性方法，其中包括线程确定性结构模块，多线程通信隔离模块，原子事务阶段划分模块，线程同步策略研究模块以及LIRS缓存优化。本发明可以用于多线程系统中保障任务的线程确定性执行，并且优化确定性方法带来的额外系统开销，防止因为线程不确定性运行带来的同步竞争和数据竞争。以事务为单位划分线程运行阶段，并行阶段线程并行执行，隔离线程通信，设置栅栏进行全局同步。串行阶段线程通过确定性顺序获取令牌，依次向内存中执行提交，实行确定性调度。因为线程之间通讯隔离，缓存成为最末级共享存储，因此采用更加适合多线程的LIRS缓存替换算法优化系统性能，以此保证多线程运行确定性的同时减少系统开销。

主权项

1.一种缓存优化多线程确定性系统，其特征在于：能够保证多线程环境下，线程按照确定性顺序运行，避免由于线程访存冲突而产生的数据竞争和竞争通过同步点顺序产生的同步竞争，同时采用更加适合多线程环境的LIRS缓存替换算法优化系统性能，减少确定性带来的开销。所述系统包括线程确定性结构模块，多线程通信隔离模块，原子事务阶段划分模块，线程同步策略研究模块以及LIRS缓存优化。线程确定性结构模块，用于在多线程确定性中，设置线程运行规则，在串行阶段和并行阶段之间设置栅栏，强制线程进行同步；多线程通信隔离模块，用于在线程运行的并行阶段阻止线程之间的数据通信和线程与内存之间的通信行为，防止线程在并行阶段以非确定性的方式访问内存，从而产生数据竞争。原子事务阶段划分模块，用于划分线程运行阶段，通过将线程运行阶段划分为并行阶段和串行阶段，提升系统运行的并行度。其中并行阶段线程并行执行，并在栅栏处阻塞等待同步，然后按照确定性顺序获取令牌依次开始串行阶段，执行与内存的交互任务。线程同步策略研究模块，用于保证同步处的线程按照同步策略中的令牌传递顺序，依次获取令牌开始串行阶段执行，避免由于线程竞争通过同步点而出现的同步竞争。LIRS缓存替换算法优化，用于优化系统性能，减少多线程频繁读写造成的缓存失效，改善系统由于保证确定性所产生的额外开销。