并行程序近些年来的兴起在提升性能的同时,也给程序的编写,开发和维护提出了新的问题,多线程程序在执行过程中,线程之间围绕共享资源广泛存在着数据,同步操作之间的竞争和相互干扰,由此引发的多线程程序的不确定性成为了国内外学术界的研究重点。由于不确定性的出现,使得多线程程序在开发、维护、容错和安全方面出现了困难。为了解决这些困难,确定性技术应运而生,本文采用确定性技术中的弱确定性技术,从线程同步竞争的方面进行研究,通过划分线程运行阶段,将线程的运行过程分为并行与串行两部分,在并行阶段线程之间互不干扰,并行执行;串行阶段线程按照获取令牌的顺序依次进入,向内存提交运行结果,避免了线程在同步点顺序不同而导致的不确定性。同时将线程间内存相互隔离,避免了线程之间的数据竞争。首先,本文采用了弱确定性思想,针对线程之间的同步竞争进行研究,为线程执行设置事务的概念,在同步点设置栅栏并设立令牌队列,让线程在到达同步点之后按照令牌的顺序进入串行提交阶段,避免因为同步竞争而出现的不确定性。为解决产生不确定性的另一个因素数据竞争,将线程之间原本共享的内存资源进行隔离,避免线程之间相互传递数据,所有的提交操作都必须在获取令牌的前提下进行。避免出现因数据竞争而产生的不确定性。其次,由于为解决数据竞争,缓存成为最末一级共享资源,原本采用的LRU缓存替换算法在单线程程序中,由于数据访问具有局部性而被广泛采用,但在多线程程序中效果不甚理想。本文借鉴了在多线程程序中表现较优的LIRS算法思想,通过比较访问同一缓存块之间读取其他块的数量,动态的调整在缓存中驻留的数据块,来提升系统性能。为了验证提出的方法,本文采用国内外学术界广泛采用的轨迹追踪模拟的方式进行验证,使用Gem5硬件模拟器中的trace-CPU模式采集程序运行的轨迹,然后按照轨迹模拟驱动方式测算四种算法的缓存命中率,并且通过调整缓存大小观察命中率变化趋势。实验结果表明本文提出的方法能够保证多线程程序的确定性,并且采用LIRS缓存算法优化后系统性能有提升。