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

22879. Властивості лінійно залежних та лінійно незалежних систем векторів 22.5 KB
  Якщо до системи входить  то система лінійно залежна. Лінійна комбінація нетривіальна оскільки коефіцієнт при  дорівнює 1 отже система лінійно залежна. Система векторів лінійно залежна тоді і тільки тоді коли принаймні один з векторів системи лінійно виражається через інші.
22880. Дії над комплексними числами 1.04 MB
  Тоді . Нехай комплексне число тоді комплексноспряженим до нього назвемо число . Скористаємося правилом множення комплексних чисел: Розглянемо випадок коли тоді . Нехай `відповідає комплексному числу позначимо через довжину вектора а через кут який утворює цей вектор з додатним напрямком осі тоді тригонометрична форма комплексного числа.
22881. Еволюція поняття числа 135 KB
  В основі всіх числових множин лежить натуральний ряд чисел. Відомо що діагональ квадрата в такому випадку рівна Покажемо що не є раціональним числом. Кожне дійсне не раціональне число можна записати у вигляді нескінченного періодичного десяткового дробу. Відрізок ділимо на 10 різних частин за беремо число яке на 1 менше за номер відрізка на якому знаходиться число .
22882. Формула Муавра 74 KB
  Доведемо що формула Муавра вірна для будьяких цілих степенів. Приклад застосування формули Муавра Виразити і через . За формулою Муавра маємо а з іншого боку за формулою Бінома: прирівняємо дійсні та уявні частини:.
22883. Тригонометрична форма комплексного числа 64 KB
  Нехай `відповідає комплексному числу позначимо через довжину вектора а через кут який утворює цей вектор з додатним напрямком осі тоді тригонометрична форма комплексного числа. Назвемо модулем комплексного числа а аргумент комплексного числа якщо то аргумент не визначається. Нехай тоді Для даного комплексного числа його модуль визначається точно а аргумент з точністю до періода.
22884. Корені комплексного числа 114 KB
  Запишемо в тригонометричній формі: тоді за фомулою Муавра маємо: прирівняємо модулі . Розглянемо варіанти: тоді і ; тоді ; тоді ; тоді ; тоді тоді Покажемо що справедлива наступна нерівність: і співпадає з одним із чисел Поділимо на з залишком де і тоді де .
22885. Алгоритм знаходження НСД 71 KB
  Поділимо на з залишком і стст якщо то процес закінчуємо інакше ділимо на при цьому стст якщо то процес закінчуємо інакше лідимо на і так далі. Оскільки на кожному кроці степінь залишку зменшується то за скінченну кількість кроків процес закінчиться.
22886. Теорема про найбільший спільний дільник 149 KB
  Доведення Припустимо і ненульові многочлени. Позначимо через таку множину многочленів зрозуміло що . Якщо і довільний многочлен який не обов’язково належить то і .
22887. Теорема про найбільший спільний дільник (доведення іншим способом) 90 KB
  Нехай і для визначеності стст. Покажемо що стст. Припустимо що стст тоді стстст що неможливо. Нехай і взаємнопрості тоді існують многочлени і такі що причому і можна вибрати так що стст стст.