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面向CC-NUMA体系结构的事务内存冲突规避方法
随着多核处理器的普及，如何利用多核处理器的性能已经成为计算机系统研究的热点问题之一。事务内存（TransactionMemory，TM）作为一种新型的并发控制机制，已被广泛地研究和应用。在多核处理器中，事务内存是一种支持并发操作，具有原子性、一致性和隔离性等特点的内存模型。但随着核数的增加，由事务内存引起的冲突问题也变得越来越显著，而特别是在基于缓存一致性非一致性模型的CC-NUMA体系结构中表现更加突出。此篇论文将介绍面向CC-NUMA体系结构的事务内存冲突规避方法。
一、介绍CC-NUMA体系结构
CC-NUMA（CacheCoherentNon-UniformMemoryAccess）是一种多处理器体系结构，其中多个处理器均连接到一个共享内存，并且各处理器共享同一物理内存。CC-NUMA使用硬件和软件协调机制来保证数据的一致性。CC-NUMA具有非均匀访问时间，即不同的处理器访问同一物理内存的时间不同，这是由于存在本地缓存和远程缓存之间的访问延迟差异。
图1CC-NUMA体系结构
在CC-NUMA中，一个事务涉及到的数据可以存在于多个处理器的缓存中，因此，事务之间很容易出现冲突。这些冲突会导致性能下降和事务的回滚。因此，在CC-NUMA系统中实现高效的事务内存需要一些特殊和高级的技巧。
二、事务内存
事务内存是一种并发控制机制，它将多个内存读写操作组成事务，并保证执行这些操作时具有原子性、一致性和隔离性。在事务内存中，一组操作或代码序列被认为是一个事务，具有一致性的内存快照的概念，这些操作要么全部执行，要么全部被撤销，以保持系统的数据一致性。在事务成功提交之前，任何的数据访问都不会被提交到主内存中。
事务内存通常包含两个组件：事务内存操作函数和事务内存管理器。事务内存操作函数用于执行事务内存中的读写操作，并在需要时向事务内存管理器发出请求。
图2事务内存系统
三、事务内存的冲突问题
在多核处理器环境中，各个核心之间的数据共享非常常见，这样会导致数据冲突，严重影响了程序的性能。对于传统的锁机制，并发控制的开销很大，而事务内存提供了一种高效的替代方案。然而，在事务内存中，因为多个事务可以被同时执行，因此冲突仍然会影响性能，尤其是在CC-NUMA下的事务内存中，冲突会更加突出。例如，在一个多核处理器系统中，两个事务同时请求同一个地址的数据，那么这两个事务会出现冲突，其中一个事务必须回滚。如果存在多个冲突，将会产生更多的回滚，导致执行时间变长和性能下降。
图3冲突事务
四、事务内存冲突规避方法
1.分离
分离是通过将事务中的读写操作分配到多个副本中来避免事务冲突。在这种方法中，每个副本由不同的处理器访问，因此，相对于传统的事务内存，分离能够提高系统的并行性和吞吐量，减少事务成功率和事务回滚率，提高系统的执行效率。分离方法可以有效的规避读写冲突问题，但是分离也是需要花费额外的存储资源。
2.旋转技术
旋转技术是通过交替执行事务来规避事务内存中的冲突问题。在旋转技术中，操作系统通过定时器强制切换事务，使得各个事务得到充分的执行。旋转技术虽然可以减少冲突率，但是需要高速的时间触发器来实现，这会造成显著的芯片面积和功耗增加。
3.计算密集型
这个方法通过引导事务的执行流程，以尽可能避免冲突。将事务要交替执行的部分分离出来，交给计算密集型处理器，如图形处理器或FPGA，这样就可以避免在CPU上出现的冲突问题，并且可以充分利用这些高性能处理器。
4.冲突感知技术
冲突感知技术是在事务内存系统内部实现的一种优化技术。通过在事务内存管理器中添加冲突感知规则，事务内存管理器可以动态地识别和避免事务之间的冲突，并通过调整事务的执行顺序来避免冲突的发生。这种方法可以显著提高事务执行效率，降低事务回滚率。
五、结论
本文介绍了CC-NUMA体系结构下的事务内存冲突规避方法。事务内存为多核处理器提供了高效的并发控制机制，但是在CC-NUMA体系结构中，事务之间的冲突问题更加突出。通过分离、旋转技术、计算密集型和冲突感知技术等方法，可以减少事务冲突发生的概率，提高系统的性能。但是，这些方法也存在局限性，需要根据具体情况进行选择和应用。事务内存冲突规避方法的研究和应用在多核处理器的性能提升中具有重要的作用。