多核計算機系統的操作系統

多核架構及編程技術

多核計算機系統的操作系統

多核架構及編程技術內容操作系統簡介基于多核的操作系統內容及其功能內容1、操作系統簡介操作系統的名稱：監控（督）程序（系統）（Monitor)執行系統（程序）(ExecutiveSystem(program))控制系統（程序）(ControlSystemprogram))管理程序(Supervisor,SupervisorySystem)核心程序(Kernel)操作系統(OperatingSystem)1、操作系統簡介·用戶與操作系統的關系普通用戶軟件設計師操作系統設計師計算機硬件操作系統實用程序應用程序·用戶與操作系統的關系普通軟件設計師操作系統計算機硬件操作系·操作系統是什么從計算機系統組成觀點――操作系統是系統軟件計算機系統組成：軟件：應用軟件 系統軟件（操作系統等）硬件：輸入／輸出（I／O）設備 存儲器(內存) 中央處理器(CPU) ·操作系統是什么·操作系統是什么從資源管理程序觀點

--操作系統是系統資源管理者（OperatingSystemasaResourceManager）操作系統是系統資源管理程序，它用于控制和管理計算機系統的硬件和軟件資源。計算機系統資源：操作系統模塊：

軟件：程序、數據文件系統

硬件：I／O設備設備管理存儲器 存儲器管理處理器處理器（進程）管理·操作系統是什么·操作系統是什么從軟件分層、擴充機器的觀點――操作系統是擴充裸機的第一層系統軟件TheLayersOfASystemProgramInterfaceHumansUserProgramsO.S.InterfaceO.S.HardwareInterface/PrivilegedInstructionsDisk/Tape/Memory·操作系統是什么從軟件分層、擴充機器的觀點――操作系統是擴·操作系統是什么從服務用戶的觀點――操作系統是用戶與裸機之間接口系統提供的接口有二類：命令級接口，它提供一組鍵盤或鼠標命令。程序級接口，它提供一組系統調用Systemcalls

，即OS中功能，供用戶程序和其它程序調用。·操作系統是什么·操作系統定義操作系統是一組有效控制和管理計算機系統的硬件和軟件資源、合理地組織計算機工作流程以及方便用戶的程序集合。有效（efficient）：系統效率，資源利用率 （如：CPU利用的充足與否，內存、外部設備是否忙碌）合理：公平與否，如果不公平則會產生“死鎖”或“饑餓”方便（convenience）：用戶界面,編程接口

·操作系統定義·操作系統所提供的服務程序執行調入一個程序進入內存并運行之的系統能力I/O操作由于用戶程序不能直接執行I/O操作，操作系統必須提供完成I/O操作的手段文件系統操縱程序能夠讀、寫、創建和刪除文件通信運行的進程間在同一計算機或由網絡連接的不同系統中交換信息。通過共享存儲器或消息傳遞實現出錯檢測通過探測在CPU與內存硬件中，在I/O設備中，或在用戶程序中的錯誤，確保正確運算資源分配（Resourceallocation）AccountingProtection·操作系統所提供的服務程序執行·文字與圖形用戶接口命令行用戶界面（CommandlineUserInterfaceCUI)鍵盤輸入DOS,Linux,UNIX圖形用戶界面（GraphicUserInterfaceGUI）鼠標輸入MacOS,OS/2,WINDOWSLinux通過運行基于X-Window系統軟件，提供GUI用戶界面。Linux的GUI環境：GNOMEKDE·文字與圖形用戶接口·操作系統類型按功能分(早期)：批處理系統（BatchSystem）分時系統（TimeSharingSystem）實時系統（

Real-TimeSystems）按同時使用系統的用戶數和系統能同時運行的進程數分成：單用戶、單進程系統MacOS,DOS,WINDOWS3.1單用戶、多進程系統

OS/2、WINDOWS95/98/2000/xp多用戶、多進程系統Linux、UNIX、WINDOWSSERVER系列·操作系統類型·操作系統類型按計算機系統（硬件）操作系統分成微機操作系統常用的微機OS有MS-DOS、Windows系列、OS/2、SCOUNIX、Linux等。網絡操作系統Unix、Linux、Windows2000/2003server分布式操作系統嵌入式操作系統·操作系統類型·操作系統發展趨勢嵌入式操作系統：主要伴隨著個人數字助理PAD、掌上電腦、電視機頂盒、智能家電等設備的發展，對操作系統在功能和所占空間大小權衡上提出了新的要求。強實時操作系統：特別是針對通用操作系統的實時性研究，還在不斷發展當中。并行(集群)操作系統的研究：如建立在基于共享主存的多處理機系統(MP)及用上千個微處理器實現基于分布式存儲的大規模并行處理機系統(MPP)的操作系統，系統突出特征是提供各類并行機制。例如并行文件系統，并行I／O控制，多處理機分配和調度，處理機間的通信和同步，用戶任務的并行控制等。網絡操作系統和分布式操作系統的研究：就目前情形而言，網絡系統的研究也還方興未艾，基于Client／Server模型的分布式系統也已不斷走向應用，完全分布式的系統還未成型，仍將是研究的熱點問題。

·操作系統發展趨勢嵌入式操作系統：2基于多核的計算機系統

070918here2基于多核的計算機系統

070918here2基于多核的計算機系統多核平臺的發展趨勢調度策略及算法同步問題死鎖問題2基于多核的計算機系統2基于多核的計算機系統2.1多核平臺的發展趨勢2基于多核的計算機系統·多核平臺的發展趨勢當今世界，計算平臺正在發生著驚人的變化。Intel?,IBM,Sun,andAMD等國際大公司都以及宣布已經生產出在一個芯片上集成了多個可執行核的微處理器。未來的計算平臺，包括臺式機、筆記本電腦、移動平臺、嵌入式系統都將是基于多核架構的。從半導體生產來看，單一的去追求主頻的提升已經不大現實，所以現在通過多核來提高處理器性能。半導體廠商愿意這么做，因為芯片的封裝需要成本，多核－可以節約成本。多核的發展現在才是開始······多核平臺的發展趨勢當今世界，計算平臺正在發生著驚人的變化。·工業發展趨勢...2H20041H20052H20051H20062H2006IBMPower4and5DualCoresSince2001IBMPower6DualCoresSince2001IBMCellScalablemulticoreSUNOlympusandNiagara8ProcessorCoresAMDOpteronDualCoreIntelYonahDualCoreMobileIntelPentiumExtreme3.2GHzDualCoreIntelPentiumD(Smithfield)IntelDempseyDualCoreXeonIntelPaxvilleDualCoreXeonIntelMontecitoDualCoreIPFIntelTanglewoodDualCoreIPFIntelWoodCrestDualCoreXeon·工業發展趨勢...2H20041H20052H200快速的多核發展預測SINGLE-COREMULTI-CORE快速的多核發展預測SINGLE-COREMULTI-CORE·多核平臺的發展趨勢利用現在的多核架構，開發者可以在真正并行的計算平臺上進行程序開發。多核平臺給軟件設計人員提供了更強大的性能支持。·多核平臺的發展趨勢2基于多核的計算機系統2.2調度策略及算法（Schedulingpolicyandalgorithms）2基于多核的計算機系統2.2調度策略與算法調度（Scheduling）目標在系統運行過程中，由處理器（單個或多個）分配可執行的進程（Processes）滿足系統的特定要求，如：吞吐量(throughput)響應時間(responsetime)處理器運行效率(processorefficiency)2.2調度策略與算法2.2調度策略與算法在大多數系統中，這種調度策略被分成三個層次（不同的發生頻率）：長期調度（Long-termScheduling）中期調度（medium-termScheduling)短期調度（short-termScheduling)2.2調度策略與算法2.2調度策略與算法2.2調度策略與算法·長期調度功能判決程序是否進入系統運行控制多道程序設計程度（Multiprogramming）一旦允許，程序就成為系統進程，并進入進程隊列，供短期調度使用。在一些系統中，一些被創建的新進程如果在“交換出（swapping-out）”環境中，則該進程進入隊列供中期調度使用。·長期調度功能·中期調度功能是交換功能模塊的一部分。典型的應用，基于對多道程序設計程度的管理，中期調度作出是否“交換進（swapping-in）”的判決。對于沒有使用虛擬內存（virtualmemory）的系統而言，內存管理仍然需要進行研究。對“交換進”的判斷需要考慮“交換出”進程對內存的需求。·中期調度功能·短期調度功能短期調度程序運行頻繁。對下一個需要執行的進程作出精細的判斷。短期調度程序的調用（事件觸發）：當有會引起當前進程暫停或中止的事件（Event）發生的時候。當事件發生會引起當前正在運行的進程具有比其它所有進程更高的先占性（preempt）的時候。舉例：系統調用、I/O中斷，時鐘中斷等事件的發生。·短期調度功能·調度策略決策模式非搶占式（Non-preemptive）一旦某個進程處在運行狀態，這個進程將持續運行直至該線程因為等待I/O準備好或需要對操作系統請求其它服務，而不得不中斷本身的運行。搶占式（Preemptive）操作系統將當前正在運行的進程中斷，并將該進程轉到“準備好”狀態。·調度策略決策模式·調度方法先到先服務（FirstComeFirstService：FCFS）循環法（RoundRobin）最短執行時間進程優先策略（ShortestProcessNext：SPN）最短剩余運行時間進程優先策略（ShortestRemainingTime：SRT）·調度方法·先到先服務最簡單直接的調度策略，也稱為FIFO。當某個進程準備好的時候，就進入就緒隊列”（Readyqueue）等待處理。當當前運行的進程停止運行，則“就緒隊列”中最先進入的進程將被運行。·先到先服務·循環法周期性的產生時鐘中斷。當中斷發生，當前正在運行的進程被放置到“就緒隊列”，然后按照FCFS