多核實時操作系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、多核處理器已經在眾多領域中得到了廣泛應用。如何設計基于多核處理器的實時系統(tǒng)已經成為了業(yè)界關注的熱點。在多核處理器中，多個運算核心獨立運行，各個運算核心上的任務以共享的方式使用緩存，內存等系統(tǒng)資源。但是由于資源爭用等問題，造成已有的單核系統(tǒng)上的技術方法并不能滿足多核實時系統(tǒng)的使用需求。
　　在實時系統(tǒng)中，執(zhí)行時間分析與資源調度是保證實時性能的兩個關鍵部分。在多核系統(tǒng)中，這兩部分所涉及的內容都與實時操作系統(tǒng)所提供的功能密不可分。本文選

2、擇了多核實時操作系統(tǒng)中的兩個重要部件:調度器與內存管理作為研究內容。其中，具體研究了應用于共享計算核心、Cache以及內存的實時操作系統(tǒng)設計技術。本文以Linux操作系統(tǒng)為平臺，實現(xiàn)了所設計內容并對其性能進行了評測。本文主要貢獻點概括如下：
　　(1)提出了半劃分調度策略的實現(xiàn)與評測技術。該項工作的結果表明半劃分調度能夠實現(xiàn)高時間精度、低運行開銷的任務調度，并且在綜合了實際系統(tǒng)開銷的條件下依然優(yōu)于其他調度算法。
　　(2)設

3、計并實現(xiàn)了支持受控映射的操作系統(tǒng)內存管理系統(tǒng)。該內存管理系統(tǒng)使用頁著色技術實現(xiàn)多核系統(tǒng)上的資源控制。該系統(tǒng)以Linux操作系統(tǒng)為實現(xiàn)平臺，支持用戶指定的頁面映射策略。該系統(tǒng)為共享Cache及共享內存管理策略的研究提供了具體的平臺支持。
　　(3)提出了基于劃分策略的多核共享Cache管理方法。該方法隔離了并行程序在共享Cache上的運行空間，避免了多核共享Cache上的訪問沖突問題。在此策略的作用下，原有的應用于單處理器系統(tǒng)的Ca

4、che訪問時間分析技術將可以直接應用在多核系統(tǒng)之上，由此減少了系統(tǒng)分析設計難度。
　　(4)提出了基于半劃分策略的共享內存管理方法。該方法針對于解決內存Bank訪問沖突問題。不同于其他基于內存劃分技術的共享內存管理方法，該方式采用的是細粒度的Bank分配策略，只為訪存密集的程序片段預留Bank空間，而允許其他程序區(qū)間共享Bank，以此實現(xiàn)更優(yōu)的內存利用率。
　　(5)提出了基于測量方法的新型共享Cache的分析技術。硬件的結

5、構細節(jié)對系統(tǒng)設計的多個方面都具有重要作用。本文針對Intel新型處理器的共享Cache地址映射邏輯及Cache替換策略進行了分析，發(fā)現(xiàn)其上使用了一種不同以往的、動態(tài)決定替換邏輯的策略設計。本文針對該型Cache的結構特點，提出了針對該替換策略的分析方法，并進一步提出了相應結構下的內存參數(shù)測試集產生方法。
　　綜上所述，本文對多核實時操作系統(tǒng)中的調度器設計問題，存儲資源管理問題，以及硬件結構判定問題進行了分析研究，研究成果對相關理論