77372

Микроядро RiDE.C

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Здесь разумно начать с описания микроядра RiDE. Многие особенности микроядра RiDE.C определяет базовый протокол обмена данными между задачами RiDE.

Русский

2015-02-02

19.5 KB

0 чел.

Микроядро RiDE.C

М.О. Бахтерев

ИММ УрО РАН, Екатеринбург

Ранее была обоснована необходимость разработки распределённой ОС, новизна которой должна заключаться в её интерфейсе для прикладного программирования (API), позволяющим проще и эффективнее задействовать возможности современных распределённых неоднородных вычислительных систем. Основные принципы построения подобной ОС и базовые элементы API уже разработаны,  что позволяет приступить к представлению программных компонентов, призванных составить ОС. Здесь разумно начать с описания микроядра (RiDE.C), так как его организация отражает основные черты ОС.

Распределённые системы (DS) можно строить в рамках традиционных ОС с монолитным ядром (макроядром). Однако при таком подходе усложняется общая структура системы. Ведь, распределённая ОС должна обеспечивать приложениям доступ к ресурсам способом, не зависящим от взаимного расположения приложений и ресурсов на узлах системы. А для достижения этого в архитектурах с макроядром приходится использовать ресурс через транслирующий сервер. Такой сервер при помощи сетевой службы ядра обеспечивает связность с отдалёнными узлами системы: он принимает запросы к ресурсу извне, транслирует (трансляция TQ) их в вызовы службе ядра, поддерживающий ресурс, транслирует результаты вызовов для формирования ответов вовне (TR), и отправляет эти ответы.

Микроядерная же архитектура предполагает организацию управляющих ресурсами служб в виде серверов на уровне пользователя, доступ к которым осуществляется через механизмы межпроцессного взаимодействия (IPC) и стека работающих над IPC протоколов. Традиционно, на этом основании делается вывод о неэффективности подобных архитектур, так как для выполнения запросов приложения требуется переключать контексты задач. Но работа в DS через транслирующий сервер в макроядерной архитектуре тоже требует переключения контекстов, даже тогда, когда ресурс и работающее с ним приложение находятся на одном узле. А необходимость разрабатывать дополнительный протокол и транслировать его (TR, TQ) делает решение с макроядром для распределённой ОС менее эффективным и более громоздким.

Многие особенности микроядра RiDE.C определяет базовый протокол обмена данными между задачами – RiDE.P. Он описывает взаимодействие через области общей памяти, позволяя прозрачно для приложений транслировать акты взаимодействия по сети при помощи агентов, работающих вне микроядра. От микроядра протокол RiDE.P требует поддержки только лишь простого примитива синхронизации – r-ñåìàôîðà (однонаправленный кольцевой, а не со стековым поведением счётчика, point-to-point семафор), операции над которым RiDE.P также  транслирует через агенты (свойство ST).

Опишем некоторые характеристики микроядра RiDE.C в следующем виде.

1. Все выполняемые RiDE.C функции работают по алгоритмам с временной сложность.ю O(1). Даже подсистема работы со временем, алгоритмы для которой в традиционных ОС имеют сложность O(n*n) или O(n*log(n)), n – число используемых программных таймеров.

2. Архитектура разрабатываемой ОС предполагает вынесение функции балансировки нагрузки в процесс уровня пользователя. В RiDE.С планировщик не решает задачу балансировки, так как решать её качественно можно только с учётом особенностей конкретного приложения.

3. Планировщик микроядра RiDE.C разработан для создания хороших условий исполнения как для коротких интерактивных задач (в DS это задачи, управляющие обменами данными), так и для задач с большим временем счета. Оптимизируя работу первых, планировщик отслеживает группы задач, занимающих процессор на долгое время и понижает их уровень интерактивности. Поддерживая выполнение вторых, планировщик программирует таймер, чтобы обеспечивать вычислительным задачам длинные интервалы непрерывной работы. Во многих традиционных ОС оба типа задач прерываются одинаково часто, а пользователь может получить несправедливо много процессорного времени для своего приложения, так как анализируется только индивидуальное поведение составляющих это приложение задач.

4. Лишь два действия с r-ñåìàôîðàìè являются в API RiDE.C системными вызовами. Доступ к остальной функциональности в API определён через протокол над RiDE.P, что вместе со свойством ST позволяет гибко регулировать доступ к микроядру. Стандартными для разрабатываемой ОС могут быть как задачи, работающие с микроядром на отдалённом узле системы, так и задачи, не имеющие контроля над микроядром, работающим на локальном для них процессоре. Такая возможность – важный элемент в предложенной ранее dataflow модели параллельного программирования для неоднородных DS.

5. API микроядра RiDE.C предписывает управлять размещением и настройкой структур данных для микроядра во внешнем менеджере и начинать их использование в самом микроядре после простой регистрации. Такие функции как ?создать задачу? или ?создать r-ñåìàôîð? отсутствуют, так как они требуют работы с памятью на уровне микроядра, приводя к сложностям в системах с памятью виртуальной. Такой подход не снижает общую безопасность системы (менеджер памяти всегда является доверенным компонентом), но позволяет сделать микроядро проще, и, что более важно для больших вычислений, открывает доступ к состояниям задач и связывающих их r-ñåìàôîðîâ с уровня пользователя. В свою очередь, это ведёт к более простой реализации механизмов ортогональной устойчивости: контрольные точки, миграция задач по узлами DS, а также позволяет запускать специализированные под конкретные приложения балансировщики нагрузки на уровне пользователя.

В настоящее время реализована однопроцессорная версия микроядра. Ведётся работа над драйверами, обеспечивающими взаимодействие между задачами в многопроцессорных системах, а также над драйверами, позволяющими работать с современными аппаратными таймерами.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19484. Принципи дії системи переривань 27 KB
  Принципи дії системи переривань Система переривань будьякого комп'ютера є його найважливішою частиною що дозволяє швидко реагувати на події обробка яких повинна виконаються негайно: сигнали від машинних таймерів натиснення клавіш клавіатури або миші збої пам'яті і ...
19485. Способи адресації 28.5 KB
  Способи адресації Спо́соби адреса́ції па́м'яті комплекс стандартизованих для певної архітектури системи команд центрального процесора способів для визначення обчислення місця розташування операндів в пам'яті ЕОМ або адреси наступної команди при виконанні команд
19486. Типи та формат команд 29 KB
  Типи та формат команд Количество команд и их сложность являютса важнейшым фактом при выборе Архітектуры системи командАСК.По етому виделяют следуйщие видиАСК: 1.Стековая 2.Акумуляторная 3.Регистровая 4.С виделеним доступом к памяти Стекові архітектури У стек
19487. Флеш та кеш память 27.5 KB
  Флеш та кеш пам'ять Кешпамять від Cache тайник це засіб копіювання і зберігання блоків даних основної памяті типу DRAM в процесі виконання програми. Кешпамять побудована на швидкодіючих тригерних ЕП але має невелику ємність порівняно з основною динамічною памяттю...
19488. Основні характеристики шини 16.34 KB
  Основні характеристики шини Розрядність шини визначається числом паралельних провідників що входять в неї. Перша шина ISA для IBM PC була восьмирозрядний тобто по ній можна було одночасно передавати 8 біт. Системні шини сучасних ПК наприклад Pentium IV 64розрядні. Пропус...
19489. Создание окного приложения 18.61 KB
  Создание окного приложения Первым шагом в разработке приложения C Builder является создание проекта. Файлы проекта содержат сгенерированный автоматически исходный текст который становится частью приложения когда оно скомпилировано и подготовлено к выполнению. Чтобы с
19491. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 26 KB
  ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Процесс создания описания нового объекта может выполняться различными способами. Если весь процесс проектирования осуществляет человек то проектирование называют неавтоматизированным. В настоящее время неавтома
19492. Распределенная система управления 29.5 KB
  Распределенная система управления А. Развитая сетевая структура. наличие всех трех уровней сетей информационная системная полевая с имеющимися вариантами сетей отдельных уровней; использование мощных системных сетей позволяющих подсоединять к одной шине сот...