COKE - Consistency Kernel - Softwarekontrollierte Konsistenz und Kohärenz für vielkernige Prozessorarchitekturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Nolte; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder-Preikschat
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 224615364

Steigende Kernzahlen in modernen Prozessoren stellen die klassische, Hardware-implementierte Kohärenz von Zwischenspeichern zunehmend in Frage. Gleichzeitig eröffnen prozessorinterne Hochgeschwindigkeitsnetzwerke die Möglichkeit, Verfahren zur Konsistenzerhaltung von der Hardware in Betriebs- und Laufzeitsysteme zu verlagern. Zentrales Ziel der ersten Phase des COKE-Projektes war daher die Untersuchung und Realisierung von Modellen für flexible dynamische Teilhaberschaften und den damit verbundenen Konsistenzerhaltungsmechanismenim Kontext von Vielkernprozessoren ohne kohärente Zwischenspeicher. In der zweiten Phase sollen die Arbeiten der ersten Phase fortgeführt und auf partitionierte globale Adressräume (partitioned global address spaces, PGAS) ausgedehnt werden. Neben Speicher stellt das Vorhaben Energie als weitere zu verwaltende Ressource in den Vordergrund. Der verfolgte Ansatz zum energiebewussten Betrieb vielkerniger Prozessoren greift bereits zur Entwicklungszeit von Software, um frühzeitig Energieunkosten aufzudecken und alternative Implementierungen in Erwägung ziehen zu können. Basis dafür ist die statische Analyse von Programmen, um abschnittweise günstigste, mittlere und schlechteste Energieverbrauchswerte vorherzusagen. An ausgewiesenen (vom Übersetzer generierten) Übergabestellen werden die abgeschätzten Verbrauchswerte einer Steuereinheit des Betriebssystems kommuniziert, um zur Laufzeit proaktiv auf das für die nächste Ausführungsphase des Programms erwartete Lastprofil reagieren zu können. Diese lokale Charakteristik eines Prozesses unterstützt kurzfristige Planung im System. Zusätzlich dazu wird zur Ladezeit des Programms die globale Charakteristik dem Betriebssystem mitgeteilt, für die langfristige Planung. Auf Grundlage der schließlich erzielten Messergebnisse werden die in Software implementierten Konsistenzprotokolle für die Speicherbereiche eines PGAS-Systems in Energieeffizienzklassen eingeteilt.Ausgehend von existierendem Wissen über softwarekontrollierte, betriebssystemunterstützte globale logische Adressräume und logisch gemeinsamem Speicher für nicht-sequentielle Anwendungen trifft das Vorhaben die Grundannahme, dass der dadurch geschaffene Entscheidungsrahmen die dynamische Ausführungsoptimierung auf Betriebssystemebene, unterstützt durch anwendungsseitige Hinweise und Stellschrauben, ermöglicht. Hinterfragt wird der spezielle Zusammenhang zwischen Energieeffizienz, Latenz und Durchsatz des logisch gemeinsamen Speichers und den daten- und zeitabhängigen Zugriffsmustern der Anwendungen, der Struktur der darunterliegenden Hardware und des dynamischen Betriebszustands. Ebenfalls hinterfragt wird der allgemeine Zusammenhang zwischen (eigenentwickeltem) Neusystem und (fremdentwickeltem) Altsystem in Bezug auf Anwendbarkeit, Übertragbarkeit und Generalisierung der entwickelten Konzepte und Techniken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen