多核计算机系统的操作系统

2 基于多核的计算机系统
• 2.1 多核平台的发展趋势
· 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, and AMD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· · · · ·
– 鼠标输入 – MacOS,OS/2,WINDOWS
• Linux通过运行基于X-Window系统软件，提供GUI用户界 面。 • Linux的GUI环境：
– GNOME – KDE
· 操作系统类型
• 按功能分(早期)：
– 批处理系统 （Batch System） – 分时系统 （ Time Sharing System） – 实时系统 （ Real-Time Systems ）
– 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
• 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。
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2 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
多核架构及编程技术
多核计算机系统的操作系统
内 容
• 操作系统简介 • 基于多核的操作系统内容及其功能
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）(Executive System(program)) – 控制系统（程序）(Control System program)) – 管理程序(Supervisor, Supervisory System) – 核心程序(Kernel) – 操作系统(Operating System)
· 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System calls ，即 OS中功能，供用户程序和其它程序调用。
· 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。
• 资源分配（Resource allocation） • Accounting • Protection
· 文字与图形用户接口
• 命令行用户界面（Command line User Interface CUI)
– 键盘输入 – DOS,Linux,UNIX
• 图形用户界面（Graphic User Interface GUI）
· 用户与操作系统的关系
普通 用户 软件设计师
应用程序
实用程序 操作系统
操作系统 设计师
计算机硬件
· 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)
• 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,WINDOWS 3.1
– 单用户、多进程系统
• OS/2、WINDOWS 95/98/2000/xp
– 多用户、多进程系统
• Linux、UNIX、 WINDOWS SERVER系列
· 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、 SCO UNIX、 Linux等。
– 网络操作系统
• Unix、Linux、Windows 2000/2003 server
– 分布式操作系统 – 嵌入式操作系统
百度文库
· 操作系统发展趋势
· 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
The Layers Of A System
Humans
Program Interface
User Programs
O.S. Interface O.S.
Hardware Interface/ Privileged Instructions Disk/Tape/Memory
· 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（ Operating System as a Resource Manager） • 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
• 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