多核计算机系统的操作系统课件

多核计算机系统的操作系统

多核架构及编程技术

多核计算机系统的操作系统

多核架构及编程技术内容操作系统简介基于多核的操作系统内容及其功能内容1、操作系统简介操作系统的名称：监控（督）程序（系统）（Monitor)执行系统（程序）(ExecutiveSystem(program))控制系统（程序）(ControlSystemprogram))管理程序(Supervisor,SupervisorySystem)核心程序(Kernel)操作系统(OperatingSystem)1、操作系统简介·用户与操作系统的关系普通用户软件设计师操作系统设计师计算机硬件操作系统实用程序应用程序·用户与操作系统的关系普通软件设计师操作系统计算机硬件操作系·操作系统是什么从计算机系统组成观点――操作系统是系统软件计算机系统组成：软件：应用软件 系统软件（操作系统等）硬件：输入／输出（I／O）设备 存储器(内存) 中央处理器(CPU) ·操作系统是什么·操作系统是什么从资源管理程序观点

--操作系统是系统资源管理者（OperatingSystemasaResourceManager）操作系统是系统资源管理程序，它用于控制和管理计算机系统的硬件和软件资源。计算机系统资源：操作系统模块：

软件：程序、数据文件系统

硬件：I／O设备设备管理存储器 存储器管理处理器处理器（进程）管理·操作系统是什么·操作系统是什么从软件分层、扩充机器的观点――操作系统是扩充裸机的第一层系统软件TheLayersOfASystemProgramInterfaceHumansUserProgramsO.S.InterfaceO.S.HardwareInterface/PrivilegedInstructionsDisk/Tape/Memory·操作系统是什么从软件分层、扩充机器的观点――操作系统是扩·操作系统是什么从服务用户的观点――操作系统是用户与裸机之间接口系统提供的接口有二类：命令级接口，它提供一组键盘或鼠标命令。程序级接口，它提供一组系统调用Systemcalls

，即OS中功能，供用户程序和其它程序调用。·操作系统是什么·操作系统定义操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合。有效（efficient）：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外部设备是否忙碌）合理：公平与否，如果不公平则会产生“死锁”或“饥饿”方便（convenience）：用户界面,编程接口

·操作系统定义·操作系统所提供的服务程序执行调入一个程序进入内存并运行之的系统能力I/O操作由于用户程序不能直接执行I/O操作，操作系统必须提供完成I/O操作的手段文件系统操纵程序能够读、写、创建和删除文件通信运行的进程间在同一计算机或由网络连接的不同系统中交换信息。通过共享存储器或消息传递实现出错检测通过探测在CPU与内存硬件中，在I/O设备中，或在用户程序中的错误，确保正确运算资源分配（Resourceallocation）AccountingProtection·操作系统所提供的服务程序执行·文字与图形用户接口命令行用户界面（CommandlineUserInterfaceCUI)键盘输入DOS,Linux,UNIX图形用户界面（GraphicUserInterfaceGUI）鼠标输入MacOS,OS/2,WINDOWSLinux通过运行基于X-Window系统软件，提供GUI用户界面。Linux的GUI环境：GNOMEKDE·文字与图形用户接口·操作系统类型按功能分(早期)：批处理系统（BatchSystem）分时系统（TimeSharingSystem）实时系统（

Real-TimeSystems）按同时使用系统的用户数和系统能同时运行的进程数分成：单用户、单进程系统MacOS,DOS,WINDOWS3.1单用户、多进程系统

OS/2、WINDOWS95/98/2000/xp多用户、多进程系统Linux、UNIX、WINDOWSSERVER系列·操作系统类型·操作系统类型按计算机系统（硬件）操作系统分成微机操作系统常用的微机OS有MS-DOS、Windows系列、OS/2、SCOUNIX、Linux等。网络操作系统Unix、Linux、Windows2000/2003server分布式操作系统嵌入式操作系统·操作系统类型·操作系统发展趋势嵌入式操作系统：主要伴随着个人数字助理PAD、掌上电脑、电视机顶盒、智能家电等设备的发展，对操作系统在功能和所占空间大小权衡上提出了新的要求。强实时操作系统：特别是针对通用操作系统的实时性研究，还在不断发展当中。并行(集群)操作系统的研究：如建立在基于共享主存的多处理机系统(MP)及用上千个微处理器实现基于分布式存储的大规模并行处理机系统(MPP)的操作系统，系统突出特征是提供各类并行机制。例如并行文件系统，并行I／O控制，多处理机分配和调度，处理机间的通信和同步，用户任务的并行控制等。网络操作系统和分布式操作系统的研究：就目前情形而言，网络系统的研究也还方兴未艾，基于Client／Server模型的分布式系统也已不断走向应用，完全分布式的系统还未成型，仍将是研究的热点问题。

·操作系统发展趋势嵌入式操作系统：2基于多核的计算机系统

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070918here2基于多核的计算机系统多核平台的发展趋势调度策略及算法同步问题死锁问题2基于多核的计算机系统2基于多核的计算机系统2.1多核平台的发展趋势2基于多核的计算机系统·多核平台的发展趋势当今世界，计算平台正在发生着惊人的变化。Intel®,IBM,Sun,andAMD等国际大公司都以及宣布已经生产出在一个芯片上集成了多个可执行核的微处理器。未来的计算平台，包括台式机、笔记本电脑、移动平台、嵌入式系统都将是基于多核架构的。从半导体生产来看，单一的去追求主频的提升已经不大现实，所以现在通过多核来提高处理器性能。半导体厂商愿意这么做，因为芯片的封装需要成本，多核－可以节约成本。多核的发展现在才是开始······多核平台的发展趋势当今世界，计算平台正在发生着惊人的变化。·工业发展趋势...2H20041H20052H20051H20062H2006IBMPower4and5DualCoresSince2001IBMPower6DualCoresSince2001IBMCellScalablemulticoreSUNOlympusandNiagara8ProcessorCoresAMDOpteronDualCoreIntelYonahDualCoreMobileIntelPentiumExtreme3.2GHzDualCoreIntelPentiumD(Smithfield)IntelDempseyDualCoreXeonIntelPaxvilleDualCoreXeonIntelMontecitoDualCoreIPFIntelTanglewoodDualCoreIPFIntelWoodCrestDualCoreXeon·工业发展趋势...2H20041H20052H200快速的多核发展预测SINGLE-COREMULTI-CORE快速的多核发展预测SINGLE-COREMULTI-CORE·多核平台的发展趋势利用现在的多核架构，开发者可以在真正并行的计算平台上进行程序开发。多核平台给软件设计人员提供了更强大的性能支持。·多核平台的发展趋势2基于多核的计算机系统2.2调度策略及算法（Schedulingpolicyandalgorithms）2基于多核的计算机系统2.2调度策略与算法调度（Scheduling）目标在系统运行过程中，由处理器（单个或多个）分配可执行的进程（Processes）满足系统的特定要求，如：吞吐量(throughput)响应时间(responsetime)处理器运行效率(processorefficiency)2.2调度策略与算法2.2调度策略与算法在大多数系统中，这种调度策略被分成三个层次（不同的发生频率）：长期调度（Long-termScheduling）中期调度（medium-termScheduling)短期调度（short-termScheduling)2.2调度策略与算法2.2调度策略与算法2.2调度策略与算法·长期调度功能判决程序是否进入系统运行控制多道程序设计程度（Multiprogramming）一旦允许，程序就成为系统进程，并进入进程队列，供短期调度使用。在一些系统中，一些被创建的新进程如果在“交换出（swapping-out）”环境中，则该进程进入队列供中期调度使用。·长期调度功能·中期调度功能是交换功能模块的一部分。典型的应用，基于对多道程序设计程度的管理，中期调度作出是否“交换进（swapping-in）”的判决。对于没有使用虚拟内存（virtualmemory）的系统而言，内存管理仍然需要进行研究。对“交换进”的判断需要考虑“交换出”进程对内存的需求。·中期调度功能·短期调度功能短期调度程序运行频繁。对下一个需要执行的进程作出精细的判断。短期调度程序的调用（事件触发）：当有会引起当前进程暂停或中止的事件（Event）发生的时候。当事件发生会引起当前正在运行的进程具有比其它所有进程更高的先占性（preempt）的时候。举例：系统调用、I/O中断，时钟中断等事件的发生。·短期调度功能·调度策略决策模式非抢占式（Non-preemptive）一旦某个进程处在运行状态，这个进程将持续运行直至该线程因为等待I/O准备好或需要对操作系统请求其它服务，而不得不中断本身的运行。抢占式（Preemptive）操作系统将当前正在运行的进程中断，并将该进程转到“准备好”状态。·调度策略决策模式·调度方法先到先服务（FirstComeFirstService：FCFS）循环法（RoundRobin）最短执行时间进程优先策略（ShortestProcessNext：SPN）最短剩余运行时间进程优先策略（ShortestRemainingTime：SRT）·调度方法·先到先服务最简单直接的调度策略，也称为FIFO。当某个进程准备好的时候，就进入就绪队列”（Readyqueue）等待处理。当当前运行的进程停止运行，则“就绪队列”中最先进入的进程将被运行。·先到先服务·循环法周期性的产生时钟中断。当中断发生，当前正在运行的进程被放置到“就绪队列”，然后按照FCFS