РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ устройства управления ресурсами многопроцессорной системы

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Устройство управления ресурсами многопроцессорной системы 9
1.1 Обзор предметной области 9
1.1.1 Операционные системы реального времени 9
1.1.2 Многоядерные процессоры и ОСРВ 9
1.1.3 Архитектура аппаратного ядра многопроцессорной операционной
системы 11
1.2Анализ популярности 15
1.3Обзор способов реализации и выбор инструментов разработки 17
1.3.1 Программный подход к синхронизации процессов 17
1.3.2 Аппаратная реализация 21
1.3.3 Сравнение программной и аппаратной реализаций 21
1.3.4 Выбор среды разработки 23
2 Разработка структурной схемы устройства 25
2.1 Описание структурной схемы устройства 25
2.2 Формализация алгоритмов синхронизации процессов с использованием
механизма критических интервалов на основе НДА 29
2.3 Разработка функциональной схемы устройства 32
2.3.1 Синтез функциональной схемы устройства 32
3 Анализ результатов моделирования 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 66
ПРИЛОЖЕНИЕ В 69

Купить

На сегодняшний день архитектура современных операционных систем (ОС) включает в себя типичные компоненты, часто используемые при выполнении различных задач. Эти компоненты связаны с механизмами меж процессного взаимодействия, управления памятью, планирования и диспетчеризации процессов, а также с обработкой прерываний. Некоторые из этих системных компонентов имеют аппаратную поддержку (например, управление виртуальной памятью и прерывания), тогда как другие реализованы на программном уровне. При выполнении пользовательских программ эти компоненты могут приводить к значительным временным затратам, которые нередко достигают десятков процентов от общего времени выполнения задач.
В последнее время происходит замена программной реализации алгоритмов ядра ОС на их аппаратную реализацию. Переход связан с тем, что нужно улучшать соотношения производительности вычислительных систем и стоимости благодаря повышению степени внедрения логических элементов и их доступной стоимости. Аппаратная реализация алгоритмов ОС значительно сокращает время, которое необходимо для работы приложений, что внушительно увеличиваетпроизводительность систем. Кроме того, аппаратное выполнение облегчает разработку программного обеспечения и даёт возможность использования на разных версиях ОС и на различных устройствах.
Еще одним преимуществом является снижение времени и затрат на проверку нижних уровней операционной системы. Это достигается благодаря лучшей формализации функций аппаратного способа по сравнению с программным и применению современных инструментов разработки и верификации. Таким образом, аппаратная реализация способствует созданию более надежных и производительных вычислительных систем [1].
Операционные системы, основанные на традиционных программных решениях, могут вызывать значительные издержки, особенно в системах 7
реального времени (СРВ). Для таких систем критически важна высокая скорость реакции на запросы, что требует оптимизации производительности ОС. Один из способов повышения производительности - внедрение аппаратной поддержки для выполнения функций ядра ОС, включая управление параллельно работающими процессами. Взаимодействие между процессами может происходить через передачу данных или совместный доступ к общим ресурсам, требуя координации действий. Последний тип взаимодействия известен как синхронизация процессов.
Подход к синхронизации процессов основан на взаимоисключении процессов при доступе к общим (разделяемым) ресурсам. Реализуется метод с использованием критических секции. Каждый процесс имеет свой критическая секция - участок программы, который работает с общим ресурсом. Критической секции ставится в соответствие общая двоичная переменная, которую называют блокирующей. Ей присваивается значение единицы, когда процесс входит в своюкритическую секцию, и значение нуля, когда производится выход из критической секции. Процесс или поток, прежде чем войти в своюкритическую секцию, проверяет блокирующую переменную, и если она установлена, то переходит в режим циклического опроса переменной (эту операцию еще называют спин-блокировкой). При освобождении критической секции процесс устанавливает блокирующую переменную и входит в критическую секцию. Выполнив необходимые действия с критическим ресурсом, процесс сбрасывает блокирующую переменную, тем самым предоставляя доступ в неё другим процессам.

Купить