Сегодня появилось новое поколение СМР-серверов приложений. Поэтому актуальным является создание ОС со стандартным интерфейсом, которые могут обеспечить требуемые рабочие характеристики и надежность. Основные характеристики подобных ОС таковы: многозадачность, многопотоковая архитектура (Multithreading), многопроцессорность и стандартизация.
Многозадачность.
Типичная ОС обеспечивает многозадачность, переходя между двумя (или несколькими) активными программами, исполняя каждую из них на протяжении короткого периода времени. Если переход осуществляется быстро и достаточно эффективно, для конечного пользователя многозадачность может означать способность печатать электронные таблицы и в то же время работать с текстовым процессором, а для сетевого сервера — одновременно поддерживать множество соединений и сервисов.
В некоторых простых ОС (например, Windows) контекстное переключение задач возлагается на сами программы, реализующие многозадачность без прерываний. Такие ОС не могут гарантировать, что какая-либо программа не монополизирует время процессора и не приведет к возникновению конфликтов с другими задачами, которые будут ждать неопределенно долго.
В современных ОС используется многозадачность с прерыванием исполнения задачи пользователя. Примерами таких ОС являются Windows NT, SCO Open Server/MPX, UnixWare 2.0.
Многопотоковая архитектура.
Если ОС может исполнять более одной последовательности инструкций в одной задаче, говорят, что она поддерживает многопотоковую (с многими нитями управления) архитектуру, эффективно реализующую программным способом параллельную обработку и максимизирующую использование единичного процессора.
Обычно каждой задаче приписывается определенная область адресного пространства, в которой начинается ее исполнение. Каждому потоку выделяются для исполнения ресурсы, как для процесса, но потоки в рамках одной задачи (или процесса) не разделены в адресном пространстве. Каждый поток может использовать данные и файлы других потоков, что облегчает ОС легкое и быстрое переключение потоков (малых процессов).
Примерами ОС, которые поддерживают многопотоковую архитектуру, являются Windows NT и UnixWare 2.0. До недавнего времени большинство традиционных UNIX-систем не поддерживали такую архитектуру; сейчас эта технология начинает проникать в некоторые фирменные ОС на основе UNIX (например, SunSoft Solaris 2.4, HP-UX v.10).
Потоки могут запускаться и завершаться очень быстро, поскольку нет необходимости заново создавать новую задачу и связанную с ней структуру ОС. Например, в серверах для обслуживания соединения с клиентом создается новый поток. Если не используется многопотоковая архитектура, приходится создавать совершенно новый процесс и настраиваться на новое адресное пространство, что ведет к большим накладным расходам и снижает производительность.
Важную роль в обеспечении многопотоковости играют драйверы устройств. Если драйверы являются многопотоковыми, они могут использоваться любым процессором МП-системы. Это существенно улучшает производительность, особенно контроллеров дисков.
Симметричные многопроцессорные SMP-системы
Симметричные многопроцессорные SMP-системы могут исполнять любую задачу или поток на любом свободном процессоре. SMP-системы не только более гибки и эффективны, но и более устойчивы к отказам отдельных процессоров. В ассимметричных системах при отказе процессора, выделенного под ОС, система немедленно полностью прекращает работу. В SMP-системах в таких ситуациях ОС начинает использовать другие процессоры. SMP-системы обеспечивают также хорошее соотношение цена/производительность, так как добавление процессора не требует приобретения новой компьютерной системы. В число распространенных унифицированных ОС для SMP-си-стем входят Windows NT Server, SCO Open Server/MPX, UnixWare 2.0.
Сильносвязанная многопроцессорная обработка.
В современных ОС со стандартным интерфейсом для SMP-платформ память используется процессорами коллективно. Доступ к общему полю памяти осуществляется через высокоскоростную системную шину. Все процессоры имеют одинаковый доступ ко всей памяти системы. В памяти имеется только одна копия ядра ОС; причем все процессоры имеют к ней равный доступ. Каждый процессор знает, где расположены в памяти прикладные процессы и может исполнять его в течение установленного кванта времени без затрат на переключение приложений с процессора на процессор.
Стандартизация многопроцессорной обработки.
Ранее SMP-системы многих производителей были уникальны, и ОС приходилось всякий раз дорабатывать. Поставщики ОС должны были поддерживать для каждого типа платформы специфические версии ОС, высокая стоимость поддержки которых делала невыгодным для многих поставщиков программных средств широкое распространение своих деловых приложений. Не было широкого выбора многопроцессорных систем, ОС и, что самое важное, приложений для пользователей в сфере бизнеса.
Для решения этой проблемы Лабораторией IAL (Intel Architecture Labs) совместно с ведущими производителями SMP-платформ, ОС (OSV) и BIOS была предложена спецификация Multiprocessor Specification V. 1.1. (MPSpec V. 1.1), определяющая стандарт на взаимодействие ОС с SMP-оборудованием. Стандартный интерфейс между аппаратурой и ОС помогает быстро разработать поддержку одной ОС широкого круга платформ на базе ЦП Intel-архитектуры.
Производителям ОС, использующим эту спецификацию, необходимо разработать стандартный драйвер, позволяющий им поддерживать одну многопроцессорную ОС для различных SMP-платформ многих поставщиков. Несколько новых ОС уже соответствуют спецификации МР Spec, среди них Windows NT 3.5, UnixWare 2.0 и SCO Open Server/MPX.
С появлением возможности выбора из большего числа SMP-платформ и ОС отделы и отделения в больших корпорациях будут иметь возможность более гибко выбирать приложения, платформы и ОС, которые лучше соответствуют их требованиям. При этом нет необходимости делать новые капиталовложения в связи с заменой программных средств и переобучением персонала. Кроме того, многопроцессорные системы, построенные из доступных компонентов и поддержанные промышленными стандартами на программные средства (т.е. системы, совместимые с МР Spec) обеспечат лучшее соотношение цена/производительность по сравнению с более дорогими закрытыми системами.
Унифицированные ОС нового поколения.
Унифицированные ОС нового поколения, называемые часто SMP-OS, эффективно поддерживают аппаратные платформы SMP-систем второго поколения. Последние характеризуются распределенными прерываниями, улучшенной организацией кэш-памяти, системных шин (типа Xpress фирмы Intel). Эти SMP- системы используют новый унифицированный набор БИС-кон-троллеров прерываний типа ASIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) на процессорах Pentium 735/90 или Pentium 815/100. МР Spec V.1.1 устанавливает фактический промышленный стандарт на механизм поддержки распределенных прерываний в SMP- системах на базе наиболее совершенных процессоров Intel-архитектуры. Эти системы позволяют использовать все уже существующие программы для АТ- совместимых компьютеров, поддерживая одновременно создание микроядерных ОС нового поколения для многопроцессорных платформ.
Выводы
В целом, использование процессоров, ориентированных на однопроцессорную конфигурацию в многопроцессорных системах оправдано лишь в областях, требующих недорогих решений при умеренных требованиях к производительности. Однако в последнее время фирма Intel разрабатывает свои процессоры изначально с возможностью построения многопроцессорной конфигурации, но с ограниченным числом процессоров (от 2 до 8 штук в одной SMP-системе). Можно указать, что последние процессоры (Pentium II,III) являют собой достаточную производительность для выполнения задач серверов баз данных, интернет-серверов. Так же, развитие графической подсистемы современных Intel-ориентированных компьютеров позволяет рассматривать такие мультипроцессорные SMP-системы как реальную альтернативу дорогим графическим станциям типа SGI Onyx, O2. Итак, реализация данной спецификации на сегодняшнем этапе уже позволила снизить общую стоимость SMP-систем до 2-4 тысяч долларов по сравнению с 6- 20 тысячами в 1994-97 годах.
Список литературы
1. Журналы “Открытые Системы”, 1996-1997,№3,4 за 1998.
2. Перевод: Дийкстра Э. Взаимодействие последовательных процессов.
[Dijkstra E. W., Co-operating Sequential Processes, Programming
Languages: NATO advanced study institute, Genuys F., ed.. Academic
Press, London, 1968.]
3. 8-Bit Parallel Central Processor Unit, MCS-8 User's Manual,
Intel Corp., Santa Clara, CA. March 1973.
4. Ashenhurst R. L., Vonderohe R. H., A Hierarchical Network,
Datamation (February 1975).
5. Brillouin L., Science and Information Theory, Academic Press,
New York, N.Y., 1962.
6. Carr W.N., Mize J. P., MOS/LSI Design and Application, Texas
Instruments Electronic Series, McGraw-Hill, New York, N.Y., 1972.
7. Chu Y., ed., High-Level Language Computer Architecture, Academic
Press, New York, N.Y., 1975.
8. Dahl O.J., Dijkstra E. W., Hoare C.A.R., Structured Programming,
Academic Press, London, 1972.
9. Frost D., Designing for Generality, Datamation (December 1974).
10. Gilbert P., Chandler W.J., Interface Between Communicating
Parallel Processes, Communications of the ACM, 15, 6 (June 1972).
11. Gries D., Compiler Construction for Digital Computers, Wiley,
New York, N.Y., 1971.
Страницы: 1, 2, 3
