[发明专利]多核处理器操作系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及操作系统设计领域，更具体地说，本发明涉及一种多核处理器操作系统设计方法。

背景技术

多核处理器的结构日益复杂。从对称多核处理器CMP（Chip multiprocessors，单芯片多处理器），到异构多核处理器以及类NUMA（Non Uniform Memory Access Achitecture，非一致性内存访问）多核处理器，操作系统的设计需要耗费更多的精力对复杂结构进行相应优化。与此同时，多核处理器的核心数量也在迅速增长，扩展的“摩尔定律”预言并证实了核心数量的指数增长速率。

传统多核操作系统（如Linux、Windows等宏内核架构）的可扩展性受到锁竞争与Cache（高速缓冲存储器）缺失的限制。以类NUMA结构多核处理器为例。类NUMA结构处理器的特点是不同核心（或核组）非共享Cache，核（或核组）间Cache易于缺失，因而核（或核组）间的内存访问效率较低，这给操作系统的设计带来了困难，目前面向该结构的已有传统多核操作系统性能较低。

在未来处理器核数增长的情况下，操作系统还需依赖于调整锁粒度以适应新的处理器，锁设计的复杂度与开销都将随之进一步增大，使设计周期更长，性能与可扩展能力进一步受到限制。

可见，对于复杂结构多核处理器，设计传统多核操作系统的工作量大，性能提高也较为有限。因此，需要有一种新的操作系统设计方法，以适应未来核数迅速增长，真正将硬件性能增长转化为操作系统性能提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种适应复杂多核处理器核数增长的操作系统设计方法。

根据本发明，提供了一种多核处理器操作系统设计方法，其包括：第一步骤：用于建立基于资源划分的多系统架构；第二步骤：用于建立全局资源管理机制。

优选地，在第一步骤中，将处理器和内存按照同构和紧耦合的原则进行划分，以使得每个核单独运行一份操作系统镜像，并且每个核独立拥有部分CPU核资源和所划分的内存资源。

优选地，在第一步骤中，设备资源根据资源类型划分使用或通过设备虚拟化共享给多个操作系统镜像。

优选地，在第二步骤中，在多个操作系统镜像的基础上，通过内核数据分布式共享方式，将操作系统核心数据共享为多个操作系统镜像可见，并且通过应用一致性协议来保证多个操作系统镜像之间核心数据的一致性。

优选地，在第二步骤中，通过网络虚拟化和远程通信接口封装在多个操作系统镜像之间建立统一和透明的通信机制。

优选地，在第二步骤中，通过内核数据分布式共享技术及远程通信接口封装技术等建立起的全局资源管理机制，将分布的多个操作系统镜像统一起来，对外体现为单一操作系统映像。

根据本发明的多核处理器操作系统设计方法的优点在于能够充分利用多核资源并达到较好的可扩展性，该方法通过数据分布合理规避了锁竞争以及Cache缺失等限制，创造出一种新的操作系统可扩展途径。采用该设计方法实现的多核操作系统具有良好的性能和可扩展性，该操作系统设计方法能够适应未来核数迅速增长的复杂多核处理器，将硬件性能增长转化为操作系统性能提高。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的多核处理器操作系统设计方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的多核处理器操作系统设计方法的具体示例的示意图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

本发明基于“分而治之再合而为一”的思想，提出并设计了一种适应复杂多核处理器核数增长的多核操作系统设计方法。该方法的设计思路来源于分布式计算，具体思路为首先将操作系统分割成彼此相对独立的各子系统，彼此基于消息通信，然后松散耦合成数据一致性要求较低的整体系统。该设计方法具体实现时可充分利用分布处理以及虚拟化等技术手段。

具体地说，图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的多核处理器操作系统设计方法的流程图。

更具体地说，如图1所示，根据本发明优选实施例的多核处理器操作系统设计方法包括：