Muxammad al-xorazmiy nomidagi toshkent axborot texnologiyalari universiteti urganch filiali

Ko'p yadroli tizim vositalari

Ko'p oqimni ta'minlash uchun quyidagi vositalar qo'llaniladi: kompilyatorlar, apparat tuzatuvchilari, dasturiy ta'minotni tuzatuvchilar, OS darajasida ko'p oqimlarni qo'llab-quvvatlash.
Kompilyatorlar
Ko'p yadroli arxitekturadan maksimal darajada foydalanish uchun kompilyator yordami talab qilinadi. Masalan, 2005 yilda Intel Linux va Windows platformalari uchun C++ va Fortran kompilyatorining 9.0 versiyasini chiqardi. Ushbu kompilyator Hyper-Threading texnologiyasi va ko'p yadroli protsessorlarning kuchidan foydalanadi. U avtomatik parallellikni, ya'ni OpenMP 2.5 spetsifikatsiyasini qo'llab-quvvatlagan holda ko'plab parallel iplarni yaratish imkoniyatini ilovalarda avtomatik aniqlashni qo'llab-quvvatlaydi.
OpenMP standartini qo'llab-quvvatlash tufayli Microsoft Visual C ++ 2005 kompilyatori parallel ko'p o'qishni ta'minlaydi. Buning uchun "/ openmp" kompilyator opsiyasini belgilash yoki konfiguratsiyada "OpenMP Support" bayrog'ini o'rnatish kerak. 2005 yil noyabr oyidan boshlab C, C ++ va Fortran 95 uchun gcc kompilyatori OpenMP ni "-fopenmp" varianti bilan qo'llab-quvvatladi. 64-bitli Linux-ga asoslangan tizimlar (AMD64 va EM64T) uchun PathScale-ning EKOPath kompilyatorlar to'plamini ham eslatib o'tish joiz.
Dasturiy ta'minotni tuzatuvchilar
Dasturchilar ko'p tarmoqli ilovalarni disk raskadrovka qilish qanchalik qiyinligini yaxshi bilishadi. Agar dastur g'ayritabiiy tarzda tugasa, ko'pincha barcha oqimlarda funktsiya chaqiruvi stekini tahlil qilish kerak bo'ladi, ammo oddiy tuzatuvchi faqat dastur tugatilgan ipning stekini ko'rsatadi. Misol uchun, standart gdb vositalari ko'p tarmoqli ilovalarni disk raskadrovka qilish uchun juda mos emas, shuning uchun ushbu tuzatuvchining maxsus versiyalari muayyan operatsion tizimlar uchun taklif etiladi: ko'p tarmoqli ilovalarni disk raskadrovka qilish uchun qo'shimcha imkoniyatlar ularning yadrolariga kiritilgan.
Bunday dasturlardan biri Linux, Unix va LynxOS platformalari uchun moʻljallangan Etnus TotalView tuzatuvchisidir. U multithreading, MPI, OpenMP, C / C ++ va Fortran dasturlash tillarini, shuningdek, turli dasturlash tillaridan foydalangan holda aralash kodlarni qo'llab-quvvatlaydi. Intel Threading Tools to'plami parallel dasturlarni optimallashtirish va disk raskadrovka qilish uchun foydali vositadir. U Win32 va OpenMP tishli modellaridan foydalangan holda ko'p bosqichli ilovalar uchun xato diagnostikasi va ishlash tahlilini taqdim etadi. Nosozliklarni tuzatuvchi iplar orasidagi to'siqlarni va poyga sharoitlarini aniqlash, manba kodi darajasidagi muammolarni lokalizatsiya qilish, OpenMP dasturlari ish faoliyatini yaxshilash usullarining samaradorligini tahlil qilish imkonini beradi.
Uskuna tuzatuvchilari
Virtual mashinalar bilan ishlash uchun apparat tuzatuvchisi bir qator maxsus funktsiyalarni qo'llab-quvvatlashi kerak (xususan, ma'lum jarayonlar va oqimlarning qaysi virtual mashinaga tegishli ekanligini aniqlang). Bular, masalan, Lauterbaxdan TRACE32 tomonidan taqdim etiladi. Bortli apparat xotirasini boshqarish bloklarini to'liq qo'llab-quvvatlash bilan siz bir vaqtning o'zida bir nechta virtual mashinalardagi jarayonlarni va hatto turli virtual mashinalarda bir xil jarayonning ikkita versiyasini disk raskadrovka qilishingiz mumkin. Xususan, Lauterbach LynxOS-178 operatsion tizimi uchun yadrodan xabardor bo'lish dasturiy vositalari to'plamining chiqarilishini e'lon qildi. TRACE32-ning barcha funksiyalariga kirish uchun siz dastur dasturlari yoki yadroni o'zgartirishingiz shart emas (yamoqlar, tutqichlar, asbob ishlab chiqaruvchilar va boshqalardan foydalaning). Yakuniy mahsulotda ishlaydigan dastur tuzatilmoqda, bu uni sertifikatlash uchun juda muhimdir.
Ko'p yadroli konfiguratsiyani qo'llab-quvvatlaydigan boshqa apparat tuzatuvchilariga Green Hills probe va Green Hillsdan SuperTrace, Wind River's WindPower ICE va ARM's RealView ICE kiradi.
boshqalar PVM, Lam, CHMP, ishlatiladi. Uch asosiy yondashuvlar ushbu tizimlar amalga oshirish uchun parallel dasturlar, ixtisoslashgan kutubxonalar va parallel dasturlash tizimlarini yaratishda parallel vazifalar o'zaro usullari bilan farqlanadi. birinchi yondashuv xabar tushunchasi asoslangan, ikkinchi birgalikda xotira foydalanish asoslangan, uchinchi POSIX standarti asosida va ikki yondashuvlar birlashtiradi bo'ladi.
Birinchi guruhning eng mashhur vakili C va Fortran tillari uchun MPI (Message Passing Interface) spetsifikatsiyasi bo'lib, uning birinchi versiyasi 1994 yilda paydo bo'lgan. MPI taxminan 200 funktsiyani taqdim etadi, ko'plab kompilyatorlar va operatsion tizimlarni qamrab oladi. Uning eng keng tarqalgan ilovalari orasida MPICH kutubxonasi mavjud. Bundan tashqari, Verari Systems Software-dan MPI / Pro kabi bir nechta tijorat MPI ilovalari taklif etiladi. MPI / Pro parallel ilovalarning ishlash vaqtini optimallashtiradi va unumdorlik va resurslardan foydalanish parametrlarini muvozanatlash orqali masshtablilikni saqlaydi. Verari turli xil operatsion tizimlar, shu jumladan Windows, Linux, Mac OS X, LynxOS va Gigabit Ethernet, Myrinet va InfiniBand kabi aloqa vositalari uchun MPI/Pro versiyalarini taklif etadi.
Ikkinchi guruh OpenMP spetsifikatsiyasini o'z ichiga oladi (Ko'p ishlov berish uchun ochiq spetsifikatsiyalar). Uning 1997 yilda chiqarilgan birinchi versiyasi (www.openmp.org) Fortran tili uchun mo'ljallangan edi. OpenMP ning paydo bo'lishida IBM, Intel, Sun Microsystems va Hewlett-Packard kompaniyalarining hissasi bor. OpenMP ning C / C ++ variantlari 1998 yilda yaratilgan va eng oxirgisi 2.5 versiyasidir. OpenMP spetsifikatsiyasini qoʻllab-quvvatlash barcha Intel kompilyatorlarida 6-versiyadan beri, Microsoft C/C++ da Visual Studio 2005-dan beri va GCC da taqdim etilgan.
OpenMP - bu maxsus kompilyator direktivalari (pragma), kutubxona funktsiyalari va muhit o'zgaruvchilari to'plami. Kompilyatorning eng original direktivalari koddagi hududlarni belgilash uchun ishlatiladi va parallel ravishda bajarilishi mumkin. OpenMP-ni qo'llab-quvvatlaydigan kompilyator manba kodini o'zgartiradi va kodning ushbu hududlarini parallel ravishda bajarish uchun tegishli funksiya chaqiruvlarini kiritadi.
Uchinchi guruhga POSIX (unIX uchun portativ operatsion tizim interfeysi) spetsifikatsiyasi kiradi, uning birinchi tavsifi 1986 yilda nashr etilgan (www.pasc.org). Asosiy spetsifikatsiya IEEE 1003.1 sifatida ishlab chiqilgan va ISO / IEC 9945-1: 1990 xalqaro standarti sifatida tasdiqlangan. Parallel hisoblashni tashkil qilish nuqtai nazaridan 1003.1a (OS ta'rifi), 1003.1b (Realtime kengaytmalari) va 1003.1c (Threads) standartining uchta qismi eng katta qiziqish uyg'otadi. POSIX tizimida parallel hisoblashlar xabar almashinuvi (MPI ga o'xshash) yoki umumiy xotira (OpenMP da bo'lgani kabi) asosida amalga oshirilishi mumkin. Tabiiyki, POSIX-da ushbu usullarning har qanday kombinatsiyasiga ruxsat beriladi. LynxOS va Integrity real vaqtda operatsion tizimlari POSIX standartiga eng mos (va sertifikatlangan) hisoblanadi.
OS darajasida qo'llab-quvvatlash
Ko'p yadroli protsessorlar turli xil ko'p ishlov berish arxitekturalarini qo'llab-quvvatlash uchun operatsion tizimlarni talab qiladi. QNX Software Systems kompaniyasi QNX Momentics Multi-Core Edition Development Kit-ning chiqarilishini e'lon qildi. Ushbu asboblar to'plami dasturiy ta'minotni yangi avlod ko'p yadroli apparat echimlari, jumladan Broadcom'ning BCM12xx va BCM14xx protsessorlari, Freescale'ning MPC8641D protsessorlari va Intel'ning ko'p yadroli protsessorlarini yaratish va ko'chirish uchun mo'ljallangan. Ko'p yadroli arxitekturalar uchun ko'p ishlov berishning bir nechta modellari qo'llab-quvvatlanadi: assimetrik AMP (to'liq nazorat va xatolarga chidamlilik); nosimmetrik SMP (maksimal parallellik va o'lchovlilik); "istisno" BMP (kod migratsiyasini qo'llab-quvvatlash va ishlab chiqish murakkabligini kamaytirish).
Solaris 10 OS AMD64, Sun UltraSPARC T1 va Intel protsessorlari asosidagi ko'p yadroli tizimlarni qo'llab-quvvatlaydi.Masalan, o'rnatilgan virtualizatsiya va axborotni himoya qilish tizimi Solaris Containers tizim ma'muriga bir nechta virtual tizim bo'limlari "zonalar"ni tashkil qilish imkonini beradi. yagona operatsion tizim. Har bir zonaga o'z konteyneri - mahalliylashtirilgan tizim resurslari to'plami tayinlanishi mumkin. Konteynerlar yadro darajasida resurslarni boshqarish uchun asos bo'lib xizmat qilishi mumkin. Solaris 10 ning protsessor yadrolarining qolgan qismiga ta'sir qilmasdan, protsessorning protsessorning o'zini o'zi davolashning bashoratli xususiyatlari avtomatik ravishda aniqlaydi va passiv yadro nosozliklarini aniqlaydi. Ko'p yadroli tizimlarni qo'llab-quvvatlash ba'zi Linux distribyutorlarida mavjud, masalan, Red Hat Enterprise Linux 4.
Ko'p yadroli protsessorlarning paydo bo'lishi virtualizatsiya texnologiyalarini ommaviy o'zlashtirishga kuchli qo'shimcha turtki beradi. Keling, ba'zi ma'lum yondashuvlarni nomlaylik [5]. ARINC-653 (Avionics Application Software Standard Interface). 1997 yilda ARINC tomonidan ishlab chiqilgan standart interfeys operatsion tizim va amaliy dasturiy ta'minot o'rtasidagi APEX (Application / Executive) universal dasturlash interfeysiga asoslangan izolyatsiyalangan bo'limlar kontseptsiyasini taqdim etadi [5]. Interfeys talablari ilovalarga ichki qayta ishlangan elementlarning jo'natilishi, aloqasi va holatini boshqarishga ruxsat berish uchun belgilangan.
2003 yilda ARINC-653 ning yangi nashri qabul qilindi, u izolyatsiya qilingan virtual mashinalar tushunchasini kiritdi (bo'limlar, 2-rasm). Uning xususiyati virtual mashinalar o'rtasida qat'iy va oldindan belgilangan vaqt oralig'i bo'lib, uning maqsadi umumiy tizim nosozliklari yuzaga kelmasligiga kafolat berishdir. ARINC-653 standarti LynxOS-178, VxWorks, Integrity, CsLeos va boshqalar real vaqtda operatsion tizimlar uchun amalga oshiriladi.

LynxOS-178 da ARINC-653 ni amalga oshirish
Linux UML foydalanuvchi rejimida jismoniy kompyuterda mavjud bo'lmagan virtual uskunani yaratishga imkon beruvchi eng ko'p qirrali emulyator hisoblanadi. Bu apparat konfiguratsiyasini sinash uchun juda foydali. UML boshqa operatsion tizimlarga konsol oynalarida ishlash imkonini beruvchi Linux yadro yamoqlari to‘plamidan iborat bo‘lib, har bir foydalanuvchi mustaqil ravishda X11 gacha bo‘lgan ko‘plab operatsion tizim va oyna tizimlarini o‘zi xohlagancha yuklashi mumkin. User-Mode Linux IA-32 arxitekturasi va PowerPC G5 qurilmalari uchun ishlatilishi mumkin.
Virtual mashina dasturiy muhiti. Ulardan eng mashhurlari Microsoft Virtual PC va VMware mahsulotlar guruhidir. Virtual mashinalar tizimi kompyuterda bir vaqtning o'zida bir nechta turli xil operatsion tizimlarni ishga tushirish va kompyuterni qayta ishga tushirmasdan biridan ikkinchisiga o'tish imkonini beradi. Asosiy (asosiy) operatsion tizimda ishlaydigan kompyuterda bir yoki bir nechta virtual kompyuterlar yaratiladi, ularning har birida siz "mehmon" OT ni ishga tushirishingiz mumkin. 
VMWare Workstation sizga Windows, Linux va NetWare ning bir nechta nusxalarini ishga tushirish imkonini beradi. To'liq tarmoqni qo'llab-quvvatlash, atrof-muhitni ko'chirish va atrof-muhit bilan ishlashga moslashuvchan yondashuv amalga oshirildi. Virtual kompyuter loyihasi dastlab Connectix tomonidan ishlab chiqilgan, ammo 2003 yil boshida Microsoft tomonidan sotib olingan. Afsuski, shundan so'ng Virtual kompyuter "mehmon" Unix-ga o'xshash tizimlarni (shu jumladan Linuxni) qo'llab-quvvatlashni yo'qotdi va butunlay Windows tizimlarini boshqa platformalarga o'rnatishga e'tibor qaratdi.
Intel virtualizatsiya texnologiyasi. , VT, ko'p yadroli texnologiyasini qo'llab-quvvatlovchi apparat foydalanuvchining grafik interfeysi [3] tarkibiy qismi, yangi VMX orqali protsessor darajada virtual mashinalari uchun qo'llab-quvvatlash (Virtual Machine Extensions) rejimini beradi va o'n buyruqlar vmptrst, vmclear, vmread, vmwrite, vmcall, vmptrld vmlauch, vmresume, vmxoff va vmxon. Bu ilovalarning ishonchliligi va ishlashini hamda umumiy xavfsizlik darajasini oshiradi. 
VT arxitekturasi dasturiy ta'minotning ikkita sinfini qo'llab-quvvatlaydi: VMM virtual mashinasi monitori va "mehmon" dasturi. Ikkita ish rejimi mavjud, ildiz bilan ishlash va ildiz bo'lmagan ishlash. Odatda, VMM birinchi rejimda ishlaydi, ikkinchisida esa "mehmon" dasturlari. RedHat, SuSe va MontaVista kabi operatsion tizim ishlab chiqaruvchilari Intel virtualizatsiya texnologiyasini qo'llab-quvvatlash niyatida. U Vmware kabi boshqa virtualizatsiya dasturlarida ham qo‘llab-quvvatlanadi.Ko‘p yadroli protsessorlarning paydo bo‘lishi foydalanuvchilar dasturiy ta’minot litsenziyalari uchun ancha ko‘proq (yadrolar soniga mutanosib) to‘lashlari kerakligi haqidagi xavotirlarni kuchaytirdi. Xususan, yaqin vaqtgacha bu lavozimni Oracle korporatsiyasi egallab kelgan. So'nggi paytlarda ijobiy o'zgarishlar yuz berdi: AMD va Intel ko'p yadroli protsessorlari uchun Oracle mahsulotlari uchun litsenziyalar narxi yadrolar sonini 0,5 koeffitsientga, UltraSPARC T1 mikroprotsessorlari uchun 0,25 ga va ko'p yadroli protsessorlar uchun ko'paytirish orqali hisoblana boshladi. boshqa ishlab chiqaruvchilarning yadro protsessorlari (jumladan, IBM) 0,75 ga. IBM o'zining dasturiy mahsulotlarini litsenziyalashda AMD va Intel ikki yadroli protsessorlariga bitta protsessor sifatida qaraydi, lekin har bir POWER protsessor yadrosiga alohida protsessor sifatida qarashda davom etadi. Ko'p yadroli yechimlarga ommaviy o'tish qiyinchiliklarining murakkabligini tan olgan holda, yirik apparat va dasturiy ta'minot sotuvchilari ko'p yadroli tizimlar uchun sanoat standartlarini yaratish uchun Multicore uyushmasini tuzdilar. Multicore hozirda to'rtta farqli, ammo o'zaro bog'liq standartlar ustida ishlamoqda: Resurslarni boshqarish (RAPI), Communication API (CAPI), Debug API va Transparent interprocess communication (TIPC). Ishchi uchrashuvlarda Xilinx, Express Logic, Wind River, Freescale, ARC, MIPS Technologies, Synopsys va PolyCore Software kompaniyalari vakillari ishtirok etmoqda.
Shubhasiz, ko'p yadroli protsessorlarning ko'payishi tegishli dasturiy ta'minotni amalga oshirishga bog'liq bo'ladi. Agar u samarali bo'lib chiqsa, ko'p yadroli tizimlarni o'rnatish bazasi sezilarli darajada oshadi.