多核操作系统应用实例及其运行模式关键词：多核操作系统应用.DOC

多核操作系统应用实例及其运行模式 关键词：多核，操作系统，应用实例，模式 多核处理器的出现大大提升了系统并行处理能力，使越来越多不同类型的应用可以同时在多核平台上进行高效的并行计算。如何适应未来多核处理器的迅速发展，设计高可用、高并行、高可扩展的多核操作系统，是目前业界共同的奋斗目标。 本文旨在通过结合相关文献介绍多核操作系统的相关信息。 多核操作系统应用实例研究 姜春茂，倪蕴涛，黄春梅在《嵌入式多核操作系统关键技术》中例举出美国北卡罗纳州立大学的LITMUS 项目，旨在多核平台上，通过扩展原有的Linux 操作系统以支持实时任务。 LITMUS项目的最终目标是建立一个稳定的，对针对多核操作系统的复杂实时应用系统进行算法实验的平台，通过对调度算法、同步机制等进行研究，为实时多核的研究打下坚实的基础。具体的实现方式是：通过改变标准Linux 的内核、调度器、中断功能来增加插件，以静态实时最高的优先级别调度。用拥有必威体育精装版调度算法的插件来模拟实时任务[35]，当在系统启动的时候，以命令行的方式启动实时内核。内核的修改包含3个组件。在零星任务模型的基础上实现实时调度，具体的系统构成见图1。 图1 LITMUS系统结构图 多核操作系统技术路线 梁荣晓《多核操作系统发展综述》中指出为适应多核处理器的发展，可以利用分布式设计思想，从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化，将多核硬件划分为不同的子系统，尽可能降低各子系统之间的耦合度，从而提高多核操作系统的可扩展性。 目前，面向可扩展多核操作系统的研究主要可分为三种技术路线：（1）改进传统宏内核架构，以适应多核体系结构，这是目前最广泛的研究方法；（2）基于功能分布思想，将不同的核（或者核组）划分为不同的功能，不同功能之间通过共享内存或消息传递通信，开发功能分布式多核操作系统；（3）借鉴分布式系统的数据分布思想以及消息通信机制，创新设计数据分布式多核操作系统。 后两者通过利用分布式设计思想，从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化，将多核硬件划分为不同的子系统，尽可能降低各子系统之间的耦合度，从而提高多核操作系统的可扩展性。因此，功能分布和数据分布是未来多核操作系统的发展趋势。 多核操作系统内核的管理与调度 李彦冬，雷航在《多核操作系统发展综述》中介绍当前关于多核的任务调度机制主要有全局队列调度、局部队列调度和共生队列调度三种方式。 （1） 全局队列调度是指操作系统维持一个全局的任务等待队列，当任意内核出现空闲时，就从任务等待队列中取出任务执行，这样的好处是保证了各个内核的利用率。由于全局队列调度实现相对简单，也能够在一定程度上保证多个内核的充分利用，目前多数的多核操作系统采用的是全局队列的任务调度机制。 （2） 局部队列调度是指操作系统为每个CPU 内核都维护一个局部的任务等待队列，每个内核都从自己的任务等待队列中取出任务执行，局部队列调度的优点是任务基本上无须在各个内核之间进行切换，这样就提高了内核缓存的命中率，但缺点是内核的利用效率较低。 （3） 共生队列调度的思想是将访问共享资源较多的任务和访问共享资源较少的任务调度到同一时刻执行，从而最大程度地减少资源冲突的可能性。 多核操作系统的运行模式 李彦冬，雷航在《多核操作系统发展综述》中介绍了几种多核操作系统的运行模式： （1）主从式( master-slave) 多核操作系统模型。其主要思想是系统总是从一个主内核启动，主内核负责整个系统的初始化以及创建其他的从内核。运行过程中，只有主内核能够访问系统的所有资源，如果从内核要对系统资源进行访问，必须通过主内核。从内核只能执行自己的用户程序，并且可以直接访问自己的高速缓存，从内核之间的通信需要通过主内核完成。 （2）multikernel操作系统模型。这种模型中的每个内核都运行自己的操作系统，更好地支持了内核的异构性。同时multikernel 继承了分布式系统的思想，将各个内核作为独立单元，而这些单元组成一个“网络”，“网络”中的内核通过消息传递进行通信。这种模型带来更好的模块化性能，而且使得分布式算法可以直接应用到多内核系统当中。 参考文献： [1] 姜春茂, 倪蕴涛, 黄春梅. 嵌入式多核操作系统关键技术[J]. 科技导报, 2012, 11: 030. [2] 梁荣晓. 多核操作系统发展综述[J]. 信息安全与技术, 2013, 4(3): 10-12. [3] 李彦冬, 雷航. 多核操作系统发展综述[J]. 计算机应用研究, 2011, 28(9): 3215-3219.