多核處理器中非確定性錯(cuò)誤的調(diào)試技術(shù)研究結(jié)題摘要

多核心，也叫多微處理器核心，是將兩個(gè)或更多的獨(dú)立處理器封裝在一起的方案，通常在一個(gè)集成電路（IC）中。雙核心設(shè)備只有兩個(gè)獨(dú)立的微處理器。一般說(shuō)來(lái)，多核心微處理器允許一個(gè)計(jì)算設(shè)備在不需要將多核心包括在獨(dú)立物理封裝時(shí)執(zhí)行某些形式的線程級(jí)并發(fā)處理（Thread-Level Parallelism，TLP），這種形式的TLP通常被認(rèn)為是芯片級(jí)多處理。在游戲中，你必須要使用驅(qū)動(dòng)程序來(lái)利用第二顆核心。

“多核心”、“雙核心”的定義在字面使用中有一定差距，他們通常指某些種類的中央處理器（CentralProcessing Unit，CPU），但是某些時(shí)候也應(yīng)用到DSP和SoC中。另外，某些情況中只適用于在同一個(gè)集成電路中的多核心微處理器。這些人將同一封裝中集成的獨(dú)立微處理器芯片稱做“多處理模塊”、“雙核心”等。除非特別說(shuō)明，本文將使用“多核心”指代在同一集成電路中集成的CPU。

多核處理器代表了計(jì)算技術(shù)的一次創(chuàng)新。由于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的全球化，商業(yè)和消費(fèi)者開(kāi)始要求多核處理器帶來(lái)性能改進(jìn)，這個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新就開(kāi)始了；因?yàn)槎嗪颂幚砥鞅葐魏颂幚砥骶哂行阅芎托蕛?yōu)勢(shì)，多核處理器將會(huì)成為被廣泛采用的計(jì)算模型。在驅(qū)動(dòng)pc安全性和虛擬化技術(shù)的重大進(jìn)程過(guò)程中，多核處理器扮演著中心作用，這些安全性和虛擬化技術(shù)的開(kāi)發(fā)用于為商業(yè)計(jì)算市場(chǎng)提供更大的安全性、更好的資源利用率、創(chuàng)造更大價(jià)值。普通消費(fèi)者用戶也期望得到前所未有的性能，這將極大地?cái)U(kuò)展其家庭pc和數(shù)字媒體計(jì)算系統(tǒng)的使用。多核處理器具有不增加功耗而提高性能的好處，實(shí)現(xiàn)更大的性能/能耗比。

在一個(gè)處理器中放入兩個(gè)或多個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算核產(chǎn)生了一個(gè)重大的可能性。由于多核處理器能提供比單核處理器更好的性能和效率，下一代的軟件應(yīng)用程序很有可能是基于多核處理器而開(kāi)發(fā)的。不管這些應(yīng)用是幫助專業(yè)的電影公司以更少的投入和更少的時(shí)間完成更真實(shí)的電影，還是以更徹底的方法使得pc更自然和直觀，多核處理器技術(shù)將永遠(yuǎn)改變計(jì)算世界。多核處理器表達(dá)了amd了解顧客需求并且開(kāi)發(fā)最能滿足客戶要求產(chǎn)品的意愿。

微軟多核計(jì)算的主管Dan Reed稱，整個(gè)世界上很缺乏那些并行計(jì)算的研究人員，而一個(gè)間接的原因就是學(xué)院里對(duì)于并行計(jì)算的關(guān)注度不夠，而這些學(xué)院正是下一代軟件開(kāi)發(fā)人員誕生的地方。越來(lái)越高的時(shí)鐘頻率導(dǎo)致應(yīng)用程序的代碼運(yùn)行的越來(lái)越快，而對(duì)于當(dāng)前多核處理器來(lái)講這一規(guī)則雖然成立，但卻有所不同。而這種不同可以做一個(gè)形象的比喻，那就是一部跑車(chē)和一輛學(xué)校的巴士。當(dāng)跑車(chē)能夠以很快的速度飛奔時(shí)，巴士雖然比較慢，但它可以載著更多的人前行。問(wèn)題就是，簡(jiǎn)單地在計(jì)算機(jī)CPU上增加多個(gè)核并不能增加傳統(tǒng)應(yīng)用程序代碼的運(yùn)行速度，這一結(jié)果是根據(jù)一項(xiàng)來(lái)自于Forrester研究公司的報(bào)告得出的。換句話說(shuō)，復(fù)雜的工作需要拆分來(lái)填充這輛巴士上的空座位。Forrester的報(bào)告還談到：同時(shí)，當(dāng)前四核處理器會(huì)激發(fā)更多的多處理器設(shè)計(jì)的思想，我們期待著2009年x86的服務(wù)器使用64個(gè)處理器核，并且2012年臺(tái)式機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想。

使得芯片的制造商以及主要的板級(jí)應(yīng)用的軟件廠商意識(shí)到多核編程的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。?

布賴恩特直言不諱地指出，要想讓多核完全發(fā)揮效力，需要硬件業(yè)和軟件業(yè)更多革命性的更新。其中，可編程性是多核處理器面臨的最大問(wèn)題。一旦核心多過(guò)八個(gè)，就需要執(zhí)行程序能夠并行處理。盡管在并行計(jì)算上，人類已經(jīng)探索了超過(guò)40年，但編寫(xiě)、調(diào)試、優(yōu)化并行處理程序的能力還非常弱。

易觀國(guó)際分析師李也認(rèn)為，“出于技術(shù)的挑戰(zhàn)，雙核甚至多核處理器被強(qiáng)加給了產(chǎn)業(yè)，而產(chǎn)業(yè)卻并沒(méi)有事先做好準(zhǔn)備”。或許正是出于對(duì)這種失衡的擔(dān)心，中國(guó)國(guó)家智能計(jì)算機(jī)中心主任孫凝輝告訴《財(cái)經(jīng)》記者，“十年以后，多核這條道路可能就到頭了”。在他看來(lái)，一味增加并行的處理單元是行不通的。并行計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史表明，并行粒度超過(guò)100以后，程序就很難寫(xiě)，能做到128個(gè)以上的應(yīng)用程序很少。CPU到了100個(gè)核以上后，現(xiàn)在并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遇到的問(wèn)題，在CPU一樣會(huì)存在?！叭绻鉀Q不了主流應(yīng)用并行化的問(wèn)題，主流CPU發(fā)展到100個(gè)核就到頭了?，F(xiàn)在還不知道什么樣的革命性的進(jìn)展能解決這些問(wèn)題?！睂O補(bǔ)充說(shuō)。

實(shí)際上，市場(chǎng)研究公司In-Stat分析師吉姆克雷格(Jim McGregor)就承認(rèn)，雖然英特爾已向外界展示了80核處理器原型，但尷尬的是，目前還沒(méi)有能夠利用這一處理器的操作系統(tǒng)。中科院軟件所并行計(jì)算實(shí)驗(yàn)室副主任張?jiān)迫渤诸愃频挠^點(diǎn)。他對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，這個(gè)問(wèn)題實(shí)際一直就存在，但原來(lái)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上才會(huì)遇到，所以，討論也多局限在學(xué)術(shù)界。而現(xiàn)在，所有用戶都要面對(duì)這樣的問(wèn)題。

目前，多核心技術(shù)在應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)有兩個(gè)方面：為用戶帶來(lái)更強(qiáng)大的計(jì)算性能；更重要的，則是可滿足用戶同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)處理和多任務(wù)計(jì)算環(huán)境的要求。兩大巨頭都給消費(fèi)者描繪出了使用多核處理器在執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)時(shí)的美妙前景：同時(shí)可以檢查郵件、刻錄CD、修改照片、剪輯視頻，并且同時(shí)可以運(yùn)行殺毒軟件?；蛘呃猛慌_(tái)電腦，父親在查看財(cái)務(wù)報(bào)表，女兒在打游戲，母親在給遠(yuǎn)方的朋友打網(wǎng)絡(luò)電話。但并不是所有家庭只有一臺(tái)電腦，也不是所有用戶都要用電腦一下子做那么多事，更何況目前的大部分應(yīng)用程序還并不能自動(dòng)分割成多任務(wù)，分別交給多個(gè)核心去執(zhí)行。所以，對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，多核所帶來(lái)的實(shí)際益處，很可能并不明顯。而多核所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，或者說(shuō)麻煩，卻是實(shí)實(shí)在在的。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授朗道布賴恩特(Randal E Bryant)在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)就坦稱，“這給軟件業(yè)制造了巨大的問(wèn)題”。