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电子工程代写|计算机系统结构代写Computer Systems Architecture代考|Active Wait and GNU OpenMP Policy

To synchronize threads means that a thread could wait until others become in states allowing the establishment of the synchronization. This waiting phase can be fulfilled in two different ways: (1) active wait, and (2) passive wait.

The active wait consists in doing polling (periodic reads) on a waiting flag until this one reaches an expected value. This kind of waiting is very efficient in term of execution resuming speed since as soon as the flag state changes, the thread can resume its nominal execution flow. However periodic reads may lead to a waste of computing time and power consumption for long waiting periods.
The passive wait involves putting the waiting thread to sleep. When a thread changes the state of the waiting flag from the waiting state to the release state, this thread is also in charge of awakening at least one sleeping thread.

The default GNU OpenMP library waiting policy is the following: active wait is performed by a waiting thread until a predefined amount of time is elapsed. When this amount of time is elapsed, wait policy switches to passive wait and the thread goes to sleep till the barrier completion. Waiting modes can also be forced using explicit directives.

The active wait is used when highly reactive applications are expected, reducing as much as possible the synchronization delays. In this study we decided to focus on these applications, for which reducing the total computation time is the main challenge.

电子工程代写|计算机系统结构代写Computer Systems Architecture代考|Evaluation Platform

Regarding the hardware side, our evaluation platform is based on a Veloce2 Quattro emulator. Emulation platform allows us to fast emulate a full Register Transfer Level (RTL) system, with a cycle accurate precision. Indeed, to lead timing measurement campaigns on operating system primitives (e.g. synchronization mechanisms), we have to get information from software execution (operating system boot + application run) during a very large number of clock cycles. With the “classical” simulation limitations, accurate simulation of these mechanisms is extensively long. For example, the boot of a Linux kernel on top of cycle accurate SystemCass [7] simulation system could take several days for a 16core TSAR platform. Hence it is hard to imagine a full measurement campaign with a so long kernel boot duration. Commonly, people choose to deteriorate the accuracy of the simulated model to improve the running time. On our side, we use hardware support to speed-up simulation time without losing accuracy.
As for the software aspect, we use a port of Linux kernel $4.6$ and the $\mu \mathrm{Clibc}$ to boot the TSAR platform in our measurement campaign.

The GCC version used to compile applications for this platform is the 4.8.2. Note that the GNU OpenMP library is part of GCC. Hence the GNU OpenMP library version is directly related to the GCC release version. The GCC version used is quite old, but the synchronization barrier management of the GNU OpenMP library has not changed in more recent GCC releases. Slowdown issues are the same in the release $4.8 .2$ that in the latest $7.2$ GCC release.

To avoid interferences of the scheduling policy on our measurements, we bound each thread to a different core, by setting the suitable OpenMP directive.

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电子工程代写|计算机系统结构代写Computer Systems Architecture代考|Active Wait and GNU OpenMP Policy

同步线程意味着一个线程可以等到其他线程进入允许建立同步的状态。这个等待阶段可以通过两种不同的方式来完成:(1)主动等待,(2)被动等待。

主动等待包括对等待标志进行轮询(定期读取),直到该标志达到预期值。这种等待在执行恢复速度方面非常有效,因为一旦标志状态改变,线程就可以恢复其名义执行流程。然而,周期性读取可能会导致长时间等待期间计算时间和功耗的浪费。
被动等待涉及使等待线程进入睡眠状态。当一个线程将等待标志的状态从等待状态变为释放状态时,该线程还负责唤醒至少一个休眠线程。

默认的 GNU OpenMP 库等待策略如下:主动等待由等待线程执行,直到经过预定义的时间量。当这段时间过去时,等待策略切换到被动等待,线程进入睡眠状态,直到屏障完成。也可以使用显式指令强制等待模式。

当需要高反应性的应用程序时使用主动等待,尽可能减少同步延迟。在这项研究中,我们决定专注于这些应用,减少总计算时间是主要挑战。

电子工程代写|计算机系统结构代写Computer Systems Architecture代考|Evaluation Platform

在硬件方面,我们的评估平台基于 Veloce2 Quattro 仿真器。仿真平台使我们能够快速仿真完整的寄存器传输级别 (RTL) 系统,具有周期精确的精度。事实上,为了引导对操作系统原语(例如同步机制)的计时测量活动,我们必须在大量时钟周期内从软件执行(操作系统启动 + 应用程序运行)中获取信息。由于“经典”模拟的局限性,这些机制的精确模拟需要很长时间。例如,对于 16 核 TSAR 平台,在周期精确的 SystemCass [7] 仿真系统之上启动 Linux 内核可能需要几天时间。因此,很难想象内核启动持续时间如此之长的完整测量活动。通常,人们选择恶化模拟模型的准确性以提高运行时间。在我们这边,我们使用硬件支持来加快仿真时间而不损失准确性。
至于软件方面,我们使用的是Linux内核的一个端口4.6和米Cl一世bC在我们的测量活动中启动 TSAR 平台。

用于为此平台编译应用程序的 GCC 版本是 4.8.2。请注意,GNU OpenMP 库是 GCC 的一部分。因此,GNU OpenMP 库版本与 GCC 发行版本直接相关。使用的 GCC 版本相当旧,但 GNU OpenMP 库的同步屏障管理在最近的 GCC 版本中没有改变。减速问题在版本中是相同的4.8.2在最近7.2GCC 版本。

为了避免调度策略对我们测量的干扰,我们通过设置合适的 OpenMP 指令将每个线程绑定到不同的内核。

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