专利名称：用于多处理器系统中的中断分配的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据处理方法和系统，更具体地，涉及具有优化的中 断处理的多处理器系统。
典型地，数据处理系统包括处理器、存储程序和数据的主存储器、 以及暂时存储处理器指令的高速缓冲存储器。这种处理系统能够具有 多种命令。可以给处理器或处理器组分派同时运行的多个应用。典型 的系统具有调度处理器任务的任务调度器。当出现新任务并且需要重 新调度任务时，向处理器传送中断请求。
一些系统采用硬中断调度策略，以使得某些高优先级应用或高优 先级任务自动使处理器中断当前任务。尽管这对于单个处理器系统是 有用的，但是多处理器系统的优化需要更精确的优先化策略。
一些多处理器使用更灵活的中断调度策略。在这样的一个系统中， 将中断请求定向到第一处理器，并且在第一处理器目前操作于高负载 的情况，该策略自动使第一处理器将中断请求重新定向到低使用率的 第二处理器，从而确保了中断任务被更有效地执行。
中断请求的自动重新定向依赖于中断历史表和处理器历史表的使 用，这二者可以一同用于更新中断调度。因此，可以基于处理器历史 信息更新中断调度。该系统比较调度表信息、己知的预定标准值和处 理器统计信息，以达到对中断调度表的最优修正。通过这种方法，提
高了系统吞吐量。在Nakagawa的美国专利No. 6,237,058中描述了一 个示例性系统。
令人遗憾的是，即使已知并利用处理器历史和中断历史，也存在 其中可以利用干涉接近完成的任务的方式来调度中断请求的情况。中 断接近完成的任务可能导致覆写高速缓冲缓存器的不理想效果，并且 可能引入其它系统的等待时间。因此，希望开发修正中断调度和中断 调度政策以提高整个系统的性能的更好的方法。
发明内容
为了提供基本的理解和高层次的概论，下面给出简化的总结。这 个总结不是广泛的概述。它既不旨在识别主要或关键的要素，也不是 描述范围。这个总结的唯一目的是给出一些简化形式的概念，作为后 面给出的一些优选实施例的更详细描述的序言。另外，这里所使用的 章节标题仅为了方便而提供，并不旨在也不应被视为任何形式的限制。
多处理器系统中的优化的系统性能依赖于处理中断请求的方式。 优化的系统性能有时要求延迟执行中断请求或将中断请求的执行重新 定向到另一个处理器，以完成当前的事务。
在多处理器系统中，通常将处理器任务共享并分成多个事务。根 据处理器频率、总线速度和存储器可访问性和速度，事务花费一定的 时间。理想情况下，即使当系统面临用于更高优先任务的中断请求时， 仍可以完成许多事务以优化系统性能。因此，事务完成时间是一个重 要的考虑，当仔细预测、估计或计算了事务完成时间时，可以将其用 于产生优化的系统性能。当需要清除或重新分配各种级别的高速缓冲 缓存器或主存储器以适应中断请求时，这尤其正确。
一种根据本发明的用于在多处理器中给处理器分配中断负载的方 法，包括利用第一处理器执行当前事务，产生中断请求，以及将中 断请求重新定向到第一处理器。该方法包括估计针对当前事务的第一 事务完成时间。
根据本发明的一个方面，与每个系统处理器相关联的事务处理程 序(handler)估计事务完成时间。事务处理程序连续监控各自的处理 器，以最准确且最快地估计事务完成时间。根据一个备选方法，事务 处理程序或其它装置在中断请求产生时估计事务完成时间，并将中断 请求重新定向到第二处理器。
该方法还包括估计针对在第二处理器上执行的当前事务的第二事 务完成时间。如果第二事务完成时间小于第一事务完成时间，则立即 将中断请求重新定向到第二处理器。
根据本发明的一个方法，当每个处理器处理事务时，针对每个处
理器，估计事务完成时间。根据这个方法，将中断请求重新定向到具 有最小估计事务完成时间的处理器。
尽管本发明的方法特别适用于具有对称处理器的系统，其中该对 称处理器利用处理器之间的负载平衡，以使得处理器操作于实质上均 匀的负载，但是本发明也可以应用于具有非对称处理器的系统。此外， 本发明的以上总结并不旨在代表每个公开的实施例，或者本发明的每 个方面。在下面的图示和详细描述中，提供了其它的方面和示例实施 例。
考虑到下面结合附图对本发明的各个实施例的详细描述，可以更 完全地理解本发明。
图1是根据本发明的系统；
图2是根据本发明的系统；
图3是示出了根据本发明的方法的流程图4是示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式
尽管本发明经受得起各种修改和备选形式，在附图中以示例的方 式示出了其特定实施例，并将加以详细描述。然而，应当理解，本发 明并没有将本发明局限于所描述的特定实施例。相反，本发明将覆盖 落入所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同 物和备选。
图1示出了根据本发明的系统100。系统100包括中断分配器102、 处理器104、处理器106、处理器108、高速缓冲缓存器IIO、高速缓 冲缓存器112、高速缓冲缓存器114、系统总线116和主存储器108。
每个处理器102、 104和106被关联为分别直接与特定的高速存储 器IIO、 112和114通信。系统总线116使得处理器102、 104和106 能够与系统100以及与主存储器108通信。
系统IOO用于在多个处理器之间分配中断负载。每个处理器能够
执行事务和任务，采用各自的高速缓冲存储器或主存储器以促进事务
执行。中断分配器102与处理器104、 106和108通信，以便给处理器 分配中断请求。将中断分配器103配置为估计每个处理器102、 104 和106的事务完成时间，以便在分配每个中断请求时，将中断请求指 派到具有最小事务完成时间的处理器。应当意识到，尽管本发明的这 个示例性实施例中示出了三个处理器，本发明对于采用多个额外处理 器的系统同样有效。
根据本发明的一个方面，处理器104、 106和108是同步的，并被 设计为操作于实质上恒定的频率和电压。
根据本发明的备选方面，处理器104、 106和108是异步的，并操 作于不同的或可变的电压。除了估计针对每个处理器104、 106和108 的事务完成时间以外，中断分配器102还对在每个可用处理器频率下 的针对每个处理器的估计事务时间进行制表。
根据本发明的另一个方面，处理器104、 106和108定义了处理器 核的部分，而且将系统IOO配置在单个装置上。
可以意识到，本发明也可以在多个分立的单元上实现。在这种实 现中，处理器是分立的单元，系统包括主存储器和将主存储器连接到 处理器的总线。因此，分别将高速缓冲缓存器110、 112和114唯一地 指派到处理器104、 106和108，并被关联以唯一地与各自的处理器通 信。
图2示出了根据本发明的系统200。系统200包括处理器202、204、 206和208，以及与每个处理器分别关联的事务处理程序210、 212、 214和216。系统200包括第一仲裁器218、第二仲裁器222、第三仲 裁器226和存储器资源220、 224、 228、 230、 232和中断分配器234。
事务处理程序210、 212、 214和216通过第一仲裁器218与存储 器资源220通信。存储器资源220通过第二仲裁器222与存储器资源 224通信。存储器资源224与作为主存储模块的存储器资源228、 238 和232通信。
系统200具有分级存储结构以及包括存储器和总线的多个共享资 源。处理器竞争共享资源。处理器202、 204、 206和208发出由各个
事务处理程序210、 212、 214和216接收到的读和写事务，各个事务 处理程序210， 212， 214和216被关联以与每个处理器202、 204、 206 和208通信。事务处理程序210、 212、 214和216包括保存各个处理 器的事务状态的存储器。根据本发明的一个方面，事务处理程序210、 212、 214和216周期性地轮询各自处理器202、 204、 206和208的事 务状态。
可以通过多种方式确定当前事务完成时间。考虑本示例。根据图 2中的系统，存储器资源220和224是高速缓冲缓存器。存储器资源 228和230是SRAM或DRAM存储器。存储器资源232是磁或光驱 动。
处理器202发出包括要对在SRAM/DRAM存储器228中的某个 地址上执行的读和写指令的事务。与处理器202相关联的事务处理程 序216开始处理事务。
多个处理器204、 206和208共享二级高速缓冲缓存器资源220。 事务处理程序216在仲裁总线218上进行仲裁，并在特定时段T,后访 问表示L2高速缓存的共享的高速缓冲缓存器资源220。如果共享的 L2高速缓冲缓存器资源220可以服务于事务，则由于该事务导致高速 缓存命中(cache hit)，事务在具有AT,周期的持续时间的额外数目的处 理器周期内完成。然而，如果共享的L2高速缓冲缓存器资源220导 致高速缓存失效(cache miss)，则较低级的存储器必须为事务提供服 务。具体地，事务必须由存储必需指令的存储器资源提供服务。在这 种情况，L3/L4存储器资源224、 228、存储器资源230、或主存储器 232必须服务于该事务。如果将事务转发至L3存储器224，则需要具 有用于仲裁的T2持续时间的额外的处理器周期。因此，L3高速缓存 命中将引起可预计数目的具有T2持续时间的处理器周期，而L3高速 缓存失效将导致必须由L4存储器服务于事务的高度不确定性。访问 L4存储器要求特定数目的具有典型T3持续时间的处理器周期。
可以意识到，T,、 T2和T3具有统计上可预测的持续时间。根据本 发明的一个方面，基于平均的高速缓存访问时间(说明特定的缓存级)、 高速缓冲缓存器的速度和事务长度来预测这些时间。根据本发明的另
一方面，可以利用平均时间。根据本发明的又一方面，在每个实例中 计算实际的时间。
事务处理程序210、 212、 214和216为各自的处理器202、 204、 206和208记录事务时间，并且事务处理程序知道事务在哪一阶段被 处理。根据本发明的一个方面，事务处理程序轮询每个处理器，并对 每个处理器事务的过程进行制表。根据本发明的另一方面，事务处理 程序周期性地轮询各自的处理器。具体地，每个事务处理程序都具有 计时器，以估计在事务的每个阶段关于每个事务的平均、最小和最大 完成时间的信息。基于上述信息，可以估计任何事务的完成时间。
例如，可能存在由第一处理器208和第二处理器210发出的两个 事务。来自第一处理器208的第一事务在等待访问L2高速缓存，而 来自第二处理器210的第二事务在等待访问L3高速缓存。事务的完 成依赖于在髙速缓存中是否存在命中。如果在第一和第二事务中都存 在命中，那么针对这些事务的完成时间可能相等(假设用于L2和L3 高速缓存的平均仲裁时间相等)。然而，如果两个事务都导致失效，那 么如果这二者都由L4高速缓存提供服务，则更可能出现第二事务在 第一事务之前完成的情况。然而，如果缓存命中信息对于两个事务都 是有效的，那么容易将中断指派到导致缓存命中的处理器。
尽管本发明可用于相对于图2所描述的结构，然而可以设计其它 可能的系统构型来使用本发明。例如，本发明可以被配置为采用不需 要高速缓冲缓存器的结构。例如在IBM Cell结构中可以观察到这种配
置。在这个场景中，甚至可以更准确地预测在每一级别访问存储器的 平均时间。
图3示出了在多处理器系统中用于给处理器分配中断负载的方法 300。方法300包括以下步骤在第一处理器上执行302当前事务，接 收304中断请求，估计306针对当前事务的事务完成时间，将中断请 求重新定向到308第二处理器，以及处理310中断请求。处理310中 断请求使得接收304中断请求能够重复。
执行302当前事务包括利用第一处理器处理事务的特定部分。事 务具有普遍可定义的平均持续时间。执行302包括处理事务的开始，
也可以包括多个处理器周期，但是事务还没有完全完成。
中断分配器102在完成事务之前产生中断请求。将中断请求传送 到第一处理器，或中间处理器。第一处理器、或中间处理器接收304 该中断请求，然后估计用于执行302第一处理器的当前事务的完成时 间。
可以意识到，尽管第一处理器在接收中断请求之后估计306完成 时间，估计306完成时间备选地可以由中间的i..，由中断分配器、事 务处理程序或其它装置实现。步骤306的时序可以发生在产生中断请 求时、在接收到304中断请求时、或在接收到304中断请求之后。
根据本发明的一个方面，估计306由中断分配器102在产生中断 请求之前完成。采用预测分析和补充处理器，以使得中断分配器102 能够预先对针对每个事务的估计的事务完成时间进行制表。
接收304中断请求发生在第一处理器当前事务的执行302期间， 并在当前事务剩下预定或估计数目的周期用于完成，以及在第二处理 器具有比这个剩下的用于第二处理器当前事务的预定或估计数目的周 期小的周期时，最佳地出现将中断请求重新定向到308第二处理器的 步骤。
在对称的处理系统中，周期具有固定的持续时间，并且处理器之 间出现负载平衡，以使得处理器操作于普遍地、或实质上均匀的负载。 估计第二事务完成时间的步骤可以针对在第二处理器上执行的当前事 务而发生，并且只有当第二事务完成时间小于第一事务完成时间时， 将中断请求重新定向到308第二处理器。最佳地，将釆用具有多于两 个处理器的系统。因此，重新定向308将中断请求发送到系统中具有
最小估计事务完成时间的可用处理器。
图4示出了用于在多处理器系统中给处理器分配中断负载的方法 400。方法400包括以下步骤执行402与多个处理器的当前事务，轮 询404处理器以估计事务完成时间，产生406中断请求，将中断请求 定向到408具有最小估计事务时间的处理器，以及处理410中断请求 以重复产生406中断请求的步骤。
通过多个处理器执行402当前事务依赖于将事务预先指派给特定
的处理器。在对称的多处理器系统中，这典型地通过负载平衡技术来
实现，在非对称多处理器系统中通过其它协议实现。轮询404处理器
以估计事务完成时间，消除了任何使用预测分析的需要。轮询可以周
期性地实现，响应于中断请求的产生406、或者对中断请求的预期而 实现。
利用中断表跟踪过去的中断请求、并且推断以某种确定性预测中 断请求将在何时产生，这些可以完成预期的中断请求。当存在将产生 中断请求的确定性的选择度时，初始化轮询404。理想情况下，通过 系统约束调节确定性的选择度，以适应地优化系统性能。
根据本发明的另外一个备选实施例，轮询不是周期性的，而是响 应于处理器所接收的中断请求而发生的。在任何情况下，都将中断定 向到具有最小估计事务时间的处理器，以优化系统性能。
尽管已经参考数个特定示例实施例描述了本发明，本领域的技术 人员将认识到，可以在不背离权利要求中所阐述的本发明的精神和范 围的前提下，进行多处修改。
权利要求
1、一种用于在多处理器系统中给处理器分配中断负载的方法，所述方法包括利用第一处理器执行当前事务；在当前事务的执行过程中接收中断请求；估计针对当前事务的第一事务完成时间；以及将中断请求重新定向到第二处理器。
2、 根据权利要求1所述的方法，还包括估计针对在第二处理器 上执行的当前事务的第二事务完成时间，并且仅当第二事务完成时间 小于第一事务完成时间时，将中断请求重新定向到第二处理器。
3、 根据权利要求1所述的方法，还包括估计针对多处理器系统 中的每个处理器的事务完成肘间，并将中断请求重新定向到具有最小 估计事务完成时间的处理器。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，所述处理器是对称处理器， 以及所述方法还包括在处理器之间进行负载平衡，以使得处理器操 作于实质上均匀的负载。
5、 一种用于在多处理器系统中给处理器分配中断负载的方法，包括利用第一处理器执行当前事务； 在当前事务的执行期间产生中断请求，以及 将中断请求定向到第一处理器；在产生中断请求时估计针对当前事务的第一事务完成时间；以及 将中断请求重新定向到第二处理器。
6、 根据权利要求5所述的方法，还包括估计针对在第二处理器 上执行的当前事务的第二事务完成时间，只有当第二事务完成时间小 于第一事务完成时间时，将中断请求重新定向到第二处理器。
7、 根据权利要求6所述的方法，还包括估计针对多处理器系统中的每个处理器的事务完成时间，并将中断请求重新定向到具有最小 估计事务完成时间的处理器。
8、 根据权利要求7所示的方法，其中，所述处理器是对称处理器，以及所述方法包括在处理器之间进行负载平衡，以使得处理器操作 于实质上均匀的负载。
9、 一种用于在多处理器系统中给处理器分配中断负载的方法，包括利用多个处理器执行当前事务，其中每个事务与处理器之一相关联；产生中断请求；估计针对每个处理器的事务完成时间；以及 将中断请求定向到具有最小估计事务完成时间的处理器。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述估计事务完成时间 的步骤周期性地出现。
11、 根据权利要求9所述的方法，其中，当产生中断请求时，估计针对每个处理器的事务完成时间的步骤出现。
12、 根据权利要求9所述的方法，还包括步骤在估计事务完成 时间之前，将中断请求传送至中间处理器。
13、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述处理器是对称处理 器，以及所述方法还包括在处理器之间进行负载平衡，以使得处理 器操作于实质上均匀的负载。
14、 一种用于分配中断负载的系统，包括-多个处理器，每个处理器能够执行事务； 中断分配器，与处理器通信，用于分配中断请求；以及 将所述中断分配器配置为估计针对每个处理器的事务完成时间，以使得当分配每个中断请求时，将中断请求指派至具有最小事务完成 时间的处理器。
15、 根据权利要求14所述的系统，其中，所述处理器是同步的，并操作于实质上恒定的频率。
16、 根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器定义了处理器核的部分。
17、 根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器是分立单元，以及所述系统包括主存储器和将主存储器连接到处理器的总线。
18、 根据权利要求17所述的系统，还包括 高速缓冲缓存器，被关联以与每个处理器通信。
19、 根据权利要求14所述的系统，其中，所述处理器是异步的，并且除了估计针对每个处理器的事务完成时间以外，所述中断分配器 还对在每个可用处理器频率下的针对每个处理器的估计事务时间进行 制表。
20、 根据权利要求14所述的系统，其中，所述中断分配器与事务 处理程序通信，所述事务处理程序与每个各自的处理器相关联，每个 事务处理程序连续监控各自的处理器，以估计事务完成时间。
全文摘要
一种在多处理器系统中给处理器分配中断负载的方法。该方法包括利用多个处理器(104、106、108)执行当前事务，其中每个事务都与处理器之一相关联；产生中断请求；估计针对每个处理器的事务完成时间；以及将中断请求定向(102)到具有最小估计事务完成时间的处理器。估计事务完成时间周期性地发生，以存储并连续更新关于事务时间的信息。根据本发明的一个方面，当产生中断请求时，出现估计针对每个处理器的事务完成时间的步骤。根据本发明的另一方面，传送中断请求的步骤包括在估计事务完成时间之前将中断请求传送到中间处理器。
文档编号G06F9/46GK101366012SQ200780001843
公开日2009年2月11日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年1月4日
发明者米林德·马诺哈尔·库尔卡尼 申请人:Nxp股份有限公司