Support matériel pour la communication inter-processus dans un système multi-coeur

Hardware support for inter-process communication in multiprocessor system

• Auteur / Autrice : Maxime France pillois
• Direction : Frédéric Rousseau, Jérôme Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nano electronique et nano technologies
• Date : Soutenance le 27/09/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire des micro et nanotechnologies (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Tanguy Risset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Dupont de Dinechin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Diguet, Gaël Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation orientée objets (informatique)

Logiciels -- Développement

Ordonnancement (informatique)

Microprocesseurs multi-coeurs

Mots clés libres

Communication interprocessus

Architectures multi-Cœurs

Solution matérielle/logicielle

Inter-Process communication

Multi-Core architectures

Hardware/software solution

Résumé

La forte parallélisation des applications MPSoC accroît le besoin d'optimisation des mécanismes de synchronisation, primordiaux pour l'échange sûr d'informations entre processus. En effet, les délais qu'ils introduisent impactent les performances globales des MPSoC. L'objet de cette thèse est d'étudier puis d'optimiser les performances temporelles de ces mécanismes de synchronisation.La complexité croissante des MPSoC impose l'étude précise des mécanismes ciblés dans un environnement réaliste mettant en exergue les spécificités logicielles et matérielles.Les outils de mesures disponibles ne répondant pas à nos exigences de précision conjuguée à la vitesse d'analyse, nous avons conçu notre propre chaîne de mesure non intrusive reposant sur une plateforme d'émulation.Appliquée à l'étude de l'implémentation GNU du mécanisme de barrière de synchronisation offert par la bibliothèque d'aide à la parallélisation de code OpenMP, notre chaîne de mesure a mis en évidence deux faiblesses d'implémentation, aboutissant à la mise en place d'optimisations logicielles et matérielles réduisant de manière significative les délais de ce mécanisme.La chaîne de mesure développée nous a également permis de vérifier une hypothèse structurante pour l'optimisation : un verrou, bien qu'utilisé par plusieurs cœurs de différentes grappes au cours de l'application, est très souvent repris par le dernier cœur l'ayant libéré. Sur la base de ce constat, nous proposons une solution innovante assurant, de manière totalement décentralisée, la relocalisation dynamique des verrous dans la mémoire proche du cœur ayant obtenu l'accès. Cela permet de réduire la latence d'accès et le trafic réseau lors de la réutilisation d'un verrou par une même grappe.

High parallelism of MPSoC applications increase the need of optimization for the synchronization mechanisms, essential to ensure consistent data exchanges between threads. Delays inserted by them impact the whole performances of the system. This thesis work aims to analyze and reduce delays of synchronization mechanisms for MPSoC architectures.The growing complexity of MPSoCs requires assessment of proposed optimizations against hardware and software specifics in real-life environment. Since usual tools to perform measurements do not fulfill required accuracy with sufficient evaluation speed, we have designed a custom non-intrusive tool-chain based on an emulation platform.The study of the textit{GNU} OpenMP library implementation of the synchronization barriers, carried out with our tool-chain, has revealed two weaknesses. Our proposed hardware and software optimizations achieve significant reduction of the delays introduced by the synchronization barrier.The designed tool-chain has also allowed us to confirm a fundamental hypothesis for the optimization of the lock mechanism : although during the run time a lock may be used by various cores belonging to different clusters, it is often reused by the last core which has released it. Based on this observation, we propose an innovative decentralized solution to manage dynamic re-homing of locks in memory close to the last access-granted core, thus reducing access latency and network traffic in case of reuse of the lock by the same cluster.