江苏大学工程硕士学位论文学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囫。学位论文作者签名：签字日期少r l 厍导师签名：勿一二f 三签字日期：心年月7 日江苏大学工程硕士学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。嗍少俨6 月7 日江苏大学工程硕士学位论文摘要近年来，世界的能源危机越来越严重，节能减排是当下世界关注的焦点。计算机系统作为当今社会广泛使用的技术，也针对能源危机提出了绿色计算以及效能计算的研究方向。随着处理器处理能力的逐步提高，计算机的功耗也飞速增大。这加剧了计算机系统部署的难度，增加了运行与维护成本。因此为了降低计算机系统的部署、管理以及维护成本，同时提高部署密度，对计算机进行节能调节是当前需要解决的关键问题。本论文针对应用程序运行过程中内存访问的频率，提出以缓存访问缺失率为节能调节的依据的节能系统软件C a c h e O n d e m a n d ，使计算机系统在任务负载1 0 0 时，仍可以进行节能调节，增大节能空间。通过在实际平台的实现与对比实验，结果表明，C a c h e O n d e m a n d 系统在保证7 性能损失的前提下，达到了2 8 的节能效果，具有理论与实际应用价值。本文的主要工作如下：1 ) 提出以缓存访问命中率作为节能调节依据。文章通过以缓存访问命中率作为节能调节依据，这反映了程序在运行过程中的阶段性特征，针对不同阶段计算资源的不同需求，进行节能调节，扩大节能调节空间，降低系统能耗。2 ) 通过理论分析的方式给出具体节能调节依据。文章通过对指令执行过程中消耗时间的数学建模，给出内存访问与缓存访问命中率与应用程序执行性能的公式，通过公式推导给出具体节能调节与处理器频率对应用程序性能的关系。3 ) 通过实际的软件实现，对系统进行验证与评价。关键字：动态节能；缓存访问缺失率；动态频率调整；性能论文类型：应用研究江苏大学工程硕士学位论文A b s t r a c tT h ee n e r g yi sm o r ea n dm o r ep r e c i o u sn o w a d a y s T h ee n t i r ew o r l df o c u s e so nt h ee n e r g y - s a v i n g T h ec o m p u t e ri sw i d e l yu s e d I ti sa l s oi n s p i r e db yt h ee n e r g y - s a v i n gt r e n d G r e e n c o m p u t i n ga n de f f i c i e n c y - c o m p u t i n ga r ep r o m o t e dt om a k et h ec o m p u t e rs y s t e mm o r ee n e r g y s a v i n gw h i c hC a nr e d u c et h ec o n s u m p t i o no fp o w e ra n dt h ec a r b o ne m i s s i o n s A st h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o c e s s o ri n c r e a s e s ，t h ep o w e ro ft h ec o m p u t e rc o n s u m e sa l s og r o w sr a p i d l y T h ec o s t sf o rr u n n i n ga n dm a i n t a i n i n gt h es y s t e m sa r el a r g e I no r d e rt oi n c r e a s et h ep e r f o r m a n c ea n dr e d u c et h em a i n t a i n i n gc o s t s ，t h ee n e r g y - s a v i n gc a p a b l ec o m p u t e rs y s t e mi sas o l u t i o nt ot h i sp r o b l e m I nt h i st h e s i s ，c a c h em i s s - r a t eb a s e de n e r g y - s a v i n gs o t t w a r e ，C a c h eO n d e m a n d ，i sp r o m o t e d T h ec a c h e o n d e m a n ds y s t e mc a r ls a v ee x t r ap o w e rw h e nt h es y s t e ml o a di s10 0 Ap r o t o t y p es y s t e mi si m p l e m e n t e da n da l s ot h ee x p e r i m e n t sh a v eb e e nm a d e T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es o f t w a r eo n l yi n d u c e s7 p e r f o r m a n c ep e n a l t yb u tc a nr e d u c e2 8 p o w e rc o n s u m p t i o n T h em a i nw o r ko ft h et h e s i si sl i s t e da sf o l l o w s ：1 ) ac a c h em i s s - r a t eb a s e de n e r g y - s a v i n gb a s i si sp r o m o t e d C a c h em i s s r a t eb a s e de n e r g ys a v i n gs o f t w a r ec a ns a v et h ep o w e ro ft h ec o m p u t e rw h i l ea l s op r o v i d el o wp e r f o r m a n c eo v e r h e a df o ra p p l i c a t i o n s 2 ) At h e o r ya n a l y s i si sg i v e ni nt h et h e s i s Am o d e lo ft h ep e r f o r m a n c e ，c a c h e - m i s sr a t ea n dt h ep o w e r - c o n s u m p t i o ni sg i v e n ，w h i c hC a nh e l pt h es o f t w a r et ot u n et h es p e e do ft h eC P U 3 ) T h eo v e r a l le v a l u a t i o no ft h es y s t e mi sp e r f o r m e da n di m p l e m e n t e d K E Y W O R D S ：D y n a m i cE n e r g y - S a v i n g ；C a c h eA c c e s sM i s sR a t e ；D y n a m i cF r e q u e n c yT u n i n g ；P e r f o r m a n c eT Y P EO FT H E S I S ：A p p l i e dR e s e a r c h江苏大学工程硕士学位论文目录第一章绪论1工工研究背景及意义11 2 研究现状21 3 主要研究工作51 4 主要研究工作的特点51 5 论文的组织结构6第二章计算机节能与相关硬件技术72 1 计算机节能的意义72 2 处理器节能技术82 2 1C 1 E 节能技术92 2 2A M DC o o lN Q u i e t 技术92 3 处理器中的P - s t a t ec o n t r o l 调节细节1 0第三章C P U F r e q 的简介1 23 1C P U F r e q 的由来1 23 2C p u f r e q 的设计和使用1 33 3 本章小结2 0第四章节能软件设计2 14 1 基于缓存访问缺失率的节能调度算法。2 14 2 算法数学模型2 24 3 本章小结2 4第五章C a c h e o n d e m a d 的实现2 45 1 关键数据结构的定义2 45 2 关键函数的实现2 75 2 1 用户交互函数2 75 2 2 算法关键函数2 8江苏大学工程硕士学位论文5 3 本章小结3 2第六章测试与评价3 36 1 实验平台简介3 36 2 基准测试软件3 46 2 1S p e c _ _ i n t 基准测试3 46 2 2S p e c _ J V M 基准测试3 56 2 3 自定义测试软件3 66 3 本章小结3 9第七章结论与展望4 0参考文献4 2致谢4 5江苏大学工程硕士学位论文第一章绪论随着芯片制造工艺的日益进步，计算机系统的性能有了很大的提高，但是，另一方面，计算机系统内的各部件的能耗