片上多线程(Chip Multithreading,CMT)体系结构中,多个线程通过共享并竞争处理器上的多种硬件资源来提高资源利用率及性能,片上资源分配问题因此成为CMT的核心问题。前人从不同的角度对多线程体系结构进行了卓有成效的研究,但是在多线程如何相互配合着使用资源方面所做甚少,对于线程间的“互补性”缺乏有意识的挖掘,因此依然存在着资源利用效率不高、线程协同调度选择不合适等问题,同时很难做到更深度地开发和利用多线程的性能潜力。针对上述问题,本文采用理论分析与大量实验相结合的方法,从线程对资源的实际需求出发对线程间的互补性进行深入研究。具体内容如下:首先,针对以往研究只关注特定流水段或特定资源而忽视资源配置对性能影响的现象,本文以取指队列(Instruction Fetch Queue,IFQ)为例对存储类资源的配置进行研究,揭示资源的不恰当配置会对处理器整体性能造成负面影响,并分析了多种资源间的关联性及性能受影响的深层原因。在获取线程对资源的需求的过程中,本文首先提取了不同程序中较为典型的程序段,然后以重命名寄存器文件(Rename Register File, RRF)为例进行不同配置的对照实验,得到不同的线程行为特性对资源的依赖特征曲线,并对其加以曲线拟合,为分析线程间的互补性奠定基础。根据线程对资源的依赖特征曲线,提出用线程的性能潜力指导资源分配的思想;通过合理利用每一个资源,给出了理想的资源分配策略MP(追求性能最大化)和MF(追求公平性最大化),应用这两种策略分别得到了系统性能和公平性的上限。最后,本文在实验的基础上分析了不同的资源分配方案如何作用于多线程系统,具体化了线程间互补性的概念,并提出了一套互补性的量化评测方法,作为评价和挖掘互补性的工具。