專利名稱：處理器多進程技術的制作方法
處理器多進程技術
技術領域：
本發(fā)明涉及一種處理器多進程技術，尤其是研究CMP系統(tǒng)高效調(diào)度的理論與優(yōu)化 算法，實現(xiàn)基于CMP構(gòu)架的Linux內(nèi)核進程調(diào)度算法補丁(Patch)，在Linux內(nèi)核上提供一 個針對CMP構(gòu)架的編譯選項。
背景技術：
處理器多核是隨著集成電路制造工藝的進步與微處理器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展而發(fā)展 起來的，在一個芯片上集成了多個相同通用處理器的單芯片對稱多處理器(Chip Multi Processors，簡稱CMP)。最早是由美國斯坦福大學提出的，其思想是在一塊芯片內(nèi)SMP (對 稱多處理)架構(gòu)，且并行執(zhí)行不同的進程。和目前在服務器領域廣泛采用的對稱多處理器 (Symmetric Multi-Processor, SMP)結(jié)構(gòu)類似。SMP架構(gòu)的靈活性比較突出。當半導體工藝提升至0. 18微米以后，線時已經(jīng)超過 了門延遲，要求微處理器的設計通過劃分許多規(guī)模更小、局部更好的基本單結(jié)構(gòu)來進行。相 比之下，由于結(jié)構(gòu)CMP已經(jīng)被劃分成多個核來設計，每個核都比較簡單，有利于優(yōu)化設計， 因此更有發(fā)展前途。多處理器核可以在芯片內(nèi)部緩存共享，提高利用率緩存，同時簡化并行 系統(tǒng)設計的復雜度，在CMP系統(tǒng)中，位于同一個芯片內(nèi)部所有處理器內(nèi)核以平等的身份參 與任務調(diào)度和中斷處理，共享內(nèi)存和外部設備，而且也可以共享片內(nèi)的(部分或全部)高速 緩存。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種處理器多進程技術，它在支持的操作SMP系 統(tǒng)中，每個維護一個自己的CPU就緒進程隊列，稱為局部任務隊列，這樣大大降低競爭CPU。為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用技術方案是就緒進程按時間片是否用完分 為active和exired兩大類，actve類包括那些時間片沒用完、當前可被調(diào)度的就緒進程， exired類包括那些時間片已用完的就緒進程。同時，進程按照每類中的其優(yōu)先級的不同處 于不同的優(yōu)先級鏈表中。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是保證了運行調(diào)度器的時間上限，降低了不 必要的開銷；同時在內(nèi)存中保留更加豐富的信息的做法也加速了定位過程候選進程。當隊 列activ中沒有可調(diào)度進程時，內(nèi)核簡單地對調(diào)ctive和exired隊列，將原來的exired隊 列作為新的acive隊列后即可進行調(diào)度新一輪。
具體實施方式1、支持操作CMP的系統(tǒng)內(nèi)核的調(diào)度系統(tǒng)需要很好地解決進程與CPU之間的“親和” 問題。一個進程可能在比較頻繁CPU之間地遷移，交互式進程(或高優(yōu)先級的進程)可能 還會在CPU之間不斷“跳躍”，這樣，每一次遷移之后，都可能造成頻繁的內(nèi)存訪問，導致整 體性能下降。
2、支持CMP操作系統(tǒng)的調(diào)度內(nèi)核系統(tǒng)盡量使每個進程一直在固定的CPU上執(zhí)行， 這樣可以Cache提高的命中率；但是如果某個CPU的就緒隊列過長，不斷的進程切換反而造 成命中率Cache的下降，而且還造成其他CPU不能充分發(fā)揮效能。3、無論當前CPU是繁忙或空閑，時鐘中斷每隔一段時間都會啟動一次平衡當前系 統(tǒng)負載。當然，CPU —旦當前發(fā)現(xiàn)自己的就緒隊列為空時，也會主動進行負載平衡。4、引入調(diào)度域(stucts checLdmain)的概念，將全體一層一層CPU劃分成不同的 區(qū)域，每個調(diào)度域中的CPU分成若干個CPU，且滿足任一 CPU存在于一個組中。每個CPU屬 于一個基本的調(diào)度(該域至少包括本CPU)，但是CPU同時還屬于一個或多個調(diào)度域。CPU 的調(diào)度域通過構(gòu)成一個單向鏈表。5、必須滿足A.父調(diào)度域是子調(diào)度域的集；B.每個CPU的最高層調(diào)度域必須包括 系統(tǒng)中的處理器。例如在一個CMP支持超線程的系統(tǒng)中，每個邏輯的基本CPU調(diào)度域包含所 在傳統(tǒng)物理CPU上的全部的邏輯CPU，基本域的每個CPU分組包含一個CPU邏輯；基本調(diào)度 域的父調(diào)度域是這個系統(tǒng)的最高層調(diào)度域，它包含系統(tǒng)中所有的邏輯CPU，該域的每個CPU 分組包含一個物理CPU上的全部CPU邏輯。6、對于操作Linux系統(tǒng)下結(jié)構(gòu)CMP的內(nèi)核進程調(diào)度進行研究，主要在多隊列調(diào)度、 進程調(diào)度的平衡負載和進程隊列重新調(diào)度三個方面提出比較先進的處理器CMP的進程動 態(tài)調(diào)度模型、平衡負高效載調(diào)度算法模型，CMP系統(tǒng)高效調(diào)度的理論與方法，實現(xiàn)從傳統(tǒng)模 式SMP到新的模式CMP的轉(zhuǎn)變。
權(quán)利要求
1.一種處理器多進程技術，針對體系CMP結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化算法、操作系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，從而 充分利用CMP的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)，提高計算的性能成為目前在算法和操作系統(tǒng)研究領域的一個熱 點問題。
2.在將已有的并行算法到CMP遷移構(gòu)架下，并進行優(yōu)化；對于采用結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫CMP 系統(tǒng)、桌面系統(tǒng)等的性能進行分析和比較，設計更好的操作系統(tǒng)；設計構(gòu)架CMP的仿真系 統(tǒng)，以加快對于構(gòu)架的CMP研究進程
3.對于LinuX系統(tǒng)，沒有如微軟這樣的核心廠商進行支持，對于CMP構(gòu)架下的操作系統(tǒng) 優(yōu)化的成果還比較少，也比較分散。因此借鑒支持操作系統(tǒng)CMP的關鍵技術對于設計基于 的操作CMP系統(tǒng)有著非常重要的意義。為了最大限度的發(fā)揮CMP的優(yōu)勢構(gòu)架，提高操作系 統(tǒng)進程調(diào)度效率是最能夠產(chǎn)生效果的方案。
4.所有進程就緒(TASK_RUNNING)被組織到同一個雙向鏈表之中，稱為任務全局隊列， 調(diào)度過程中將此鏈表中的所有進程，調(diào)用計算每一個進程，從中選擇權(quán)值的進程投入運行。 由于調(diào)度要所有就緒進程，因此選擇下一個運行進程的時間復雜度是0 (η) (η為就緒進程 的個數(shù))。同時，因為就緒隊列是全局性的，對單CPU系統(tǒng)來講只可能有一個CPU訪問這個 隊列，而在多處理器CPU結(jié)構(gòu)中，必須通過一個全局的保證同一時刻只有一個CPU進行訪 問，這樣導致系統(tǒng)中其他的自旋鎖等待。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理器多進程技術，采用算法實踐結(jié)合理論分析方法對CMP(處理器多核單芯片)構(gòu)架下的操作系統(tǒng)進程優(yōu)化調(diào)度進行策略研究，探索在基于Linux系統(tǒng)的高效CMP構(gòu)架下進程平衡負載的調(diào)度算法問題，完成調(diào)度算法和調(diào)度平衡的模型，實現(xiàn)以該模型為基礎的調(diào)度Linux內(nèi)核示范系統(tǒng)。研究對操作Linux系統(tǒng)結(jié)合進行CPU特性高性能調(diào)度和計算優(yōu)化有著重大意義，為實現(xiàn)從傳統(tǒng)模式SMP到新的模式CMP的轉(zhuǎn)變奠定基礎。CMP的結(jié)構(gòu)相對簡單，可以直接使用現(xiàn)有的內(nèi)核處理器，因此開發(fā)周期與成本相對較低，結(jié)構(gòu)簡單帶來的另一個好處是更易獲得高的主頻。由于多個處理器集成在一塊芯片上，且cache共享，處理器之間的通信延遲會明顯降低，有利于提高系統(tǒng)的整體性能。
文檔編號G06F9/46GK102110017SQ20091025098
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者楊槐 申請人:楊槐