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第 卷第 期 微计算机应用 年 月 多核分组处理系统软件结构研究 贺鹏程 王劲林 邓浩江 张 武 中国科学院研究生院北京 中国科学院声学研究所 国家网络新媒体工程技术研究中心北京 摘要结合分组处理和多核系统的特点对分组处理系统的基本结构进行了详细的分析并通过实际平台对分析的结论进行 了验证 分析中不仅考虑了通信和同步的开销也考虑了数据和指令 的命中率问题 分析和实验的结果表明 如果能够对各个处理阶段的资源进行恰当的分配使用混合结构的分组处理系统有可能获得比并行结构系统更好的性能 进一步提出了设计混合分组处理系统时需要解决的关键问题和需要遵循的一些原则 关键词多核网络处理器分组处理系统全并行结构混合结构 引言 互联网数据通道上大量的处理工作主要通过像路由器这样的分组处理系统来完成如防火墙 交换机追踪用于高性能区域存储的卸载媒体流化和加解密等 这些功能在接入和边缘 网络实现随着互联网的不断发展网络内部更加复杂的分组处理将会变得越来越必要 多核分组处理不同于一般的多核应用系统如多核 首先分组处理过程中只有当分组属于同一 条流时相互之间才有依赖关系而不同流的分组之间没有依赖关系 其次 多核处理单元之间的通信和同 本文于 收到 基金项目国家高技术研究发展计划 期 贺鹏程 等多核分组处理系统软件结构研究 步开销影响系统性能的一个重要因素 最后分组的处理通常可以分为不同的阶段顺序进行而这些阶段 在各个处理单元上的分配即任务映射将对系统的性能起着决定性的作用 软件结构是构建高效系统的基础 传统软件结构的研究关注的重点在于系统功能的可扩展性和代 码的重用等方面如 多核分组处理系统的软件结构不仅要关注功能的可扩展性更关注性能的可 扩展性即如何保证分组处理系统的吞吐率随着处理单元的增加而线性或接近线性的增加 充分利用分 组处理和多核处理器的特点设计高效的分组处理软件结构是开发多核分组处理系统所面临的主要 挑战 关于分组处理系统功能可扩展性方面的研究已经有一些成熟的成果可以使用 模块化路由器 架构就是构建在通用处理器上的分组处理系统的典型结构 性能可扩展性方面的研究必须建立在恰当的 系统结构上不同的结构决定了不同的解决思路和方法 本文将针对几种基本的分组处理系统结构结合 必威体育精装版的多核网络处理器的特点进行详细的分析和讨论并针对发现的问题提出了一些设计时需要注意的基 本原则以期对后续的相关研究提供一定参考 本文接下来的安排如下第 节介绍了多核网络处理器的模型第 节对基本的多核分组处理系统结构 进行了介绍和分析第 节介绍了我们在 多核网络处理器上对第 节的分析的实验验证第 节针对分析中发现的问题介绍了一些相关的研究第 节是对全文的总结和对未来工作的展望 多核网络处理器模型 随着网络处理器技术的不断发展目前的网络处理器大多采用共享内存对称多处理的多核架构因此 指令存储空间不再受限制如的系列处理器和的系列处理器 这些网络处理器 通常在一片芯片上集成多个处理核所有的核共享内存和二级缓存每个核有自己独立的一级缓存包括指 令缓存和数据缓存 此