Ako spracúvajú operačné systémy viacjadrové CPU?

Operačné systémy spracovávajú viacjadrové CPU prostredníctvom kombinácie techník zameraných na maximalizáciu paralelizmu a využívania zdrojov. Tu je porucha:

1. Multiprocessing: Základným prístupom je multiprocessing , umožnenie súbežne spúšťať OS viacero procesov. Toto nie je iba viacjadrový problém; Je tiež použiteľná pre jednotlivé systémy s využitím časového sklanutia. Viacjadrové CPU však dramaticky zvyšujú túto schopnosť.

2. Multithreading: V rámci každého procesu OS podporuje multithreading , umožnenie jedného procesu mať viac vlákien vykonávania. To umožňuje jemnejšie paralelizmus v rámci jednej aplikácie. Každé vlákno môže potenciálne bežať na inom jadre.

3. Plánovanie: Plánovač OS hrá kľúčovú úlohu:

* Plánovanie procesu: Plánovač sa rozhodne, ktoré procesy získajú čas CPU a na ktorom jadre spúšťajú. Algoritmy, ako je Round-Robin, plánovanie založené na prioritách a ďalšie, sa používajú, často berúc do úvahy základnú afinitu (preferencie pre proces spustenia na konkrétnom jadre na optimalizáciu vyrovnávacej pamäte).

* Plánovanie vlákna: Podobné algoritmy plánovania sa používajú pre vlákna, často v kontexte procesu. To sa dá dosiahnuť v jadre OS priamo alebo prostredníctvom runtime prostredia poskytovaného programovacím jazykom (napr. JVM Java).

4. Podpora hardvéru: Moderné CPU poskytujú hardvérové ​​funkcie, ktoré výrazne zmierňujú záťaž OS:

* Symetrické multiprocessing (SMP): Táto architektúra umožňuje všetkým jadrám rovnaký prístup k systémovej pamäť a periférnych zariadeniach. OS môže ľahko rozdeliť úlohy medzi jadrami.

* Cache Coherency: Viac jadier má svoje vlastné cache. Protokoly koherencie vyrovnávacej pamäte zabezpečujú, aby sa udržiavala konzistentnosť údajov vo všetkých vyrovnávacích zariadeniach, čím sa bráni konfliktom a korupcii údajov, keď viac jadier pristupuje k rovnakým údajom.

5. Interprocess Communication (IPC): Ak je potrebné spolupracovať viac procesov alebo vlákien, OS poskytuje mechanizmy pre IPC:

* Zdieľaná pamäť: Procesy môžu zdieľať časť pamäte, čo umožňuje rýchlu výmenu údajov. OS sa zaoberá synchronizáciou, aby sa zabránilo rasovým podmienkam.

* Prejdenie správy: Procesy komunikujú zasielaním a prijímaním správ, často prostredníctvom frontov alebo potrubí poskytovaných OS.

6. Paralelizmus vs. súbežnosť: OS rozlišuje medzi paralelizmom (v skutočnosti spustením viacerých úloh súčasne na rôznych jadrách) a súbežnosťou (zvládanie viacerých úloh zdanlivo súčasne, pravdepodobne medzi nimi prepínanie na jednom jadre). Viacjadrové CPU umožňujú skutočný paralelizmus, zatiaľ čo dokonca aj jednotlivé systémy dokážu zvládnuť súbežnosť.

Výzvy vo viacjadrovom dizajne OS:

* Správa vyrovnávacej pamäte: Efektívne riadenie koherencie vyrovnávacej pamäte a minimalizácia vynechania vyrovnávacej pamäte je nevyhnutná pre výkon.

* synchronizácia: Predchádzanie závodným podmienkam a uviaznutiam, keď je rozhodujúci prístup k zdieľaným zdrojom zdieľaných viacerých jadier.

* škálovateľnosť: Samotný OS musí byť škálovateľný, aby zvládol veľké množstvo jadier.

* Správa energie: Efektívne riadenie spotreby energie vo viacerých jadrách je dôležité, najmä v mobilných zariadeniach.

Stručne povedané, operačné systémy využívajú multiprientovanie, multithreading, sofistikované plánovacie algoritmy, hardvérová podpora, ako je koherencia SMP a Cache Coherence a mechanizmy IPC na efektívne využitie sily viacjadrových CPU. Zložitosť tejto úlohy je značná a naďalej je aktívnou oblasťou výskumu a vývoja, pretože počet jadier v CPU sa naďalej zvyšuje.

• Predchádzajúca strana: Koľko reťazovej píly Jobu L86S? 
• Ďalšia strana: Aké sú použitia mikropočítača?