一种适应GPU的混合访问缓存索引框架

作     者：张鸿骏 武延军 张珩 张立波 ZHANG Hong-Jun;WU Yan-Jun;ZHANG Heng;ZHANG Li-Bo

作者机构：中国科学院软件研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 

基　　金：中国科学院战略性先导科技专项预研课题(Y8XD373105) 中国科学院前沿科学重点研究计划(ZDBS-LY-JSC038) 

出 版 物：《软件学报》 (Journal of Software)

年 卷 期：2020年第31卷第10期

页      码：3038-3055页

摘      要：散列表(hash table)作为一类根据关键码值(key value)提供高效数据访问的数据索引结构,其广泛应用于各类计算机应用中,尤其是在对性能要求极高的系统软件、数据库以及高性能计算领域.在网络、云计算和物联网服务方面,以散列表为核心结构已经成为缓存系统的重要系统组件.然而,随着大规模数据量的大幅度增加,以多核CPU为核心设计散列表结构的系统已经逐渐出现性能瓶颈,亟需进一步改进散列表的高性能和可扩展性.随着通用图形处理器(graphic processing unit,简称GPU)的日益普及以及硬件计算能力和并发性能的大幅度提升,各类以并行计算为核心的系统软件任务在GPU上进行了优化设计并得到可观的性能提升.由于存在稀疏性和随机性,采用现有散列表的并行结构直接在GPU上应用势必会带来高频次的内存访问和频繁的总线数据传输,影响了散列表在GPU上的性能发挥.重点分析了缓存系统中散列表索引的内存访问、命中率与索引开销,提出并设计了一种适应GPU的混合访问缓存索引框架CCHT(cache cuckoo hash table),提供了两种适应不同命中率和索引开销要求的缓存策略,允许写入与查询操作并发执行,最大程度地利用了GPU硬件的计算性能与并发特性,减少了内存访问与总线传输.通过在GPU硬件上的实现与实验验证,CCHT在保证缓存命中率的同时,性能优于其他用于缓存索引的散列表.

主 题 词：系统软件 缓存索引 散列表 GPU 

学科分类：08[工学] 0835[0835] 0811[工学-水利类] 081201[081201] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.13328/j.cnki.jos.006069

馆 藏 号：203984885...