多核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多核處理器已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。如何設(shè)計(jì)基于多核處理器的實(shí)時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)成為了業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。在多核處理器中，多個(gè)運(yùn)算核心獨(dú)立運(yùn)行，各個(gè)運(yùn)算核心上的任務(wù)以共享的方式使用緩存，內(nèi)存等系統(tǒng)資源。但是由于資源爭用等問題，造成已有的單核系統(tǒng)上的技術(shù)方法并不能滿足多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)的使用需求。
　　在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，執(zhí)行時(shí)間分析與資源調(diào)度是保證實(shí)時(shí)性能的兩個(gè)關(guān)鍵部分。在多核系統(tǒng)中，這兩部分所涉及的內(nèi)容都與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)所提供的功能密不可分。本文選

2、擇了多核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的兩個(gè)重要部件:調(diào)度器與內(nèi)存管理作為研究內(nèi)容。其中，具體研究了應(yīng)用于共享計(jì)算核心、Cache以及內(nèi)存的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。本文以Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)內(nèi)容并對其性能進(jìn)行了評測。本文主要貢獻(xiàn)點(diǎn)概括如下：
　　(1)提出了半劃分調(diào)度策略的實(shí)現(xiàn)與評測技術(shù)。該項(xiàng)工作的結(jié)果表明半劃分調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)高時(shí)間精度、低運(yùn)行開銷的任務(wù)調(diào)度，并且在綜合了實(shí)際系統(tǒng)開銷的條件下依然優(yōu)于其他調(diào)度算法。
　　(2)設(shè)

3、計(jì)并實(shí)現(xiàn)了支持受控映射的操作系統(tǒng)內(nèi)存管理系統(tǒng)。該內(nèi)存管理系統(tǒng)使用頁著色技術(shù)實(shí)現(xiàn)多核系統(tǒng)上的資源控制。該系統(tǒng)以Linux操作系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，支持用戶指定的頁面映射策略。該系統(tǒng)為共享Cache及共享內(nèi)存管理策略的研究提供了具體的平臺(tái)支持。
　　(3)提出了基于劃分策略的多核共享Cache管理方法。該方法隔離了并行程序在共享Cache上的運(yùn)行空間，避免了多核共享Cache上的訪問沖突問題。在此策略的作用下，原有的應(yīng)用于單處理器系統(tǒng)的Ca

4、che訪問時(shí)間分析技術(shù)將可以直接應(yīng)用在多核系統(tǒng)之上，由此減少了系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)難度。
　　(4)提出了基于半劃分策略的共享內(nèi)存管理方法。該方法針對于解決內(nèi)存Bank訪問沖突問題。不同于其他基于內(nèi)存劃分技術(shù)的共享內(nèi)存管理方法，該方式采用的是細(xì)粒度的Bank分配策略，只為訪存密集的程序片段預(yù)留Bank空間，而允許其他程序區(qū)間共享Bank，以此實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的內(nèi)存利用率。
　　(5)提出了基于測量方法的新型共享Cache的分析技術(shù)。硬件的結(jié)

5、構(gòu)細(xì)節(jié)對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多個(gè)方面都具有重要作用。本文針對Intel新型處理器的共享Cache地址映射邏輯及Cache替換策略進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其上使用了一種不同以往的、動(dòng)態(tài)決定替換邏輯的策略設(shè)計(jì)。本文針對該型Cache的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了針對該替換策略的分析方法，并進(jìn)一步提出了相應(yīng)結(jié)構(gòu)下的內(nèi)存參數(shù)測試集產(chǎn)生方法。
　　綜上所述，本文對多核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的調(diào)度器設(shè)計(jì)問題，存儲(chǔ)資源管理問題，以及硬件結(jié)構(gòu)判定問題進(jìn)行了分析研究，研究成果對相關(guān)理論