多核操作系统发展综述.doc

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1、多核操作系统发展综述多核操作系统发展综述【摘要】多核处理器的核心迅速增长以及结构日益复杂，给未来操作系统的设计带来了很大的挑战。为适应多核处理器的发展,可以利用分布式设计思想，从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化，将多核硬件划分为不同的子系统，尽可能降低各子系统之间的耦合度，从而提高多核操作系统的可扩展性。本文概括当前多核操作系统研究的三种技术路线，力求宏观展现多核操作系统的发展趋势。【关键词】多核；操作系统；功能分布；数据分布SummaryofMulticoreOperatingSystemDev

2、elopmentLiangRong-xiao(JiangnanInstituteofComputingTechnologyJiangsuWuxi214083)【Abstract】Thenumberofprocessorcoresaregrowingrapidlyandthestructureofmulti—coreprocessorarebeingmoreandmorecomplex,whichhasbroughtgreatchallengestothedesignoffutureoperatingsystems

3、・Toadapttothedevelopmentofmulti-coreprocessors,wecantakeadvantageofthedistributeddesignideastooptimisetraditionalmulti—coreoperatingsystem・Usingtheideas,multi-corehardwareisdividedintodifferentsubsystems,andthedegreeofcouplingisreducedas1owaspossible,sothatth

4、escalabi1ityofthemulti-coreoperatingsystemwillbeimproved・Inthispaper,wesummarizethreetechnicaldesignmethodsofmulti—coreoperatingsystemcurrently,strivingtoshowthemacrotrendofmulti—coreoperatingsystem・【Keywords]multi-core；operatingsystem；functionaldistribution；

5、datadistTibution1弓丨言多核处理器的出现大大提升了系统并行处理能力，使越来越多不同类型的应用可以同时在多核平台上进行高效的并行计算。现有成熟的操作系统经过长期的发展，对目前普通多核处理器大多能够提供较好的支持。但同吋，多核处理器的核数迅速增长、结构Fl益复杂，也为未来多核操作系统的设计与优化带来了巨大的挑战。如何适应未来多核处理器的迅速发展，设计高可用、高并行、高可扩展的多核操作系统，是目前业界共同的奋斗目标。2现状与挑战传统多核操作系统采用宏内核［(MacroKernel,或称为大内核(Mono

6、lithicKernel)］架构,其中以Linux与Windows操作系统为主要代表。宏内核相当于一个巨大的并发协同的进程组，主要使用单一数据结构，内核本身提供大多数系统服务。在多核处理器核数有限、结构并不复杂的情况下，传统宏内核操作系统基本能够充分利用多核处理器的并行处理能力，对外体现为一个紧耦合、高效的单一操作系统。随着技术的进步，多核处理器在硬件性能和结构上达到了长足的发展。多核处理器的核心数持续增加，目前已有集成超过100个核心的芯片。同吋，多核处理器的结构也越来越多样化，出现了异构多核与类NUMA多核。

7、多核处理器的核心迅速增长、结构FI益多样化，为传统多核操作系统的设计带来了巨大的挑战。尽管操作系统已经针对类SMP、类NUMA处理器结构对部分内核数据结构进行分布化，但它们本身与特定的同步模式以及数据布局紧密相关，其可扩展性受限于锁竟争、数据局部性以及对共享内存的依赖等。传统多核操作系统难以适应多核处理器的发展趋势，具体表现在两个方面。首先，传统多核操作系统难以适应多核处理器核数的飞速增长。传统操作系统往往通过锁来保护共享数据，随着CPU核数的增加，进入内核的线程也会随之增加，对锁的竞争将更为激烈，影响系统的整体

8、性能。另外，核数增加时，传统多核操作系统一般通过创建更细粒度的锁来增加内核的并发性，而调整锁粒度是一项异常复杂的T作。未来处理器核心数量指数增长的情况下，重新设计子操作系统的速度难以与之同步。其次，类NUMA多核处理器以及异构多核处理器的出现给传统多核操作系统设计带来了新的困难。类NUMA微结构多核处理器的特点是，多个核在访问片上数据比如L2Cache的吋延是不同的，各个