跳到主要内容
10.1145/1629575.1629579高级会议文章/章节视图摘要出版物页面社会保障计划会议记录会议收藏品
研究论文

多核:一种新的可扩展多核系统操作系统体系结构

出版:2009年10月11日 出版历史

摘要

商品计算机系统包含越来越多的处理器内核,并显示出越来越多样化的体系结构权衡,包括内存层次结构、互连、指令集和变体,以及IO配置。以前的高性能计算系统已经在特定情况下进行了扩展,但现代客户端和服务器工作负载的动态特性,再加上无法为所有工作负载和硬件变体静态优化操作系统,给操作系统结构带来了严重挑战。
我们认为,未来多核硬件的挑战最好是通过拥抱机器的网络特性,利用分布式系统的思想重新思考操作系统架构。我们研究了一种新的操作系统结构,即多内核,它将机器视为一个由独立内核组成的网络,假设在最低级别没有内核间共享,并将传统的操作系统功能转移到通过消息传递进行通信的分布式进程系统。
我们已经实现了一个多内核操作系统,以表明该方法很有前途,并且我们描述了操作系统(如内存管理)的传统可伸缩性问题是如何使用消息进行有效重构的,以及如何利用分布式系统和网络的洞察力。对我们的多核系统原型的评估表明,即使在当今的机器上,多核的性能也可以与传统操作系统媲美,并且可以更好地扩展以支持未来的硬件。

工具书类

[1]
AMD公司。AMD64架构程序员手册第2卷:系统编程,2007年9月。出版物编号24593。
[2]
C.Amza、A.L.Cox、S.Dwarkadas、P.Keleher、H.Lu、R.Rajamony、W.Yu和W.Zwaenepoel。足迹:工作站网络上的共享内存计算。IEEE计算机,29(2),1996年。
[3]
T.E.Anderson、B.N.Bershad、E.D.Lazoswka和H.M.Levy。调度程序激活:对线程的用户级管理的有效内核支持。美国计算机学会计算机系统学报,10:53--791992年。
[4]
J.Appavoo、D.Da Silva、O.Krieger、M.Auslander、M.Ostrowski、B.Rosenburg、A.Waterland、R.W.Wisniewski、J.Xenidis、M.Stumm和L.Soares。体验在SMMP操作系统中分发对象。ACM计算机系统交易,25(3),2007年。
[5]
K.R.Apt和M.G.Wallace。使用ECLi-PSe的约束逻辑编程。剑桥大学出版社,2007年。
[6]
H.E.Bal、R.Bhoedjang、R.Hofman、C.Jacobs、K.Langendoen、T.Ruhl和M.F.Kaashoek。Orca共享对象系统的性能评估。美国计算机学会计算机系统学报,16(1):1-401998。
[7]
P.Barham、B.Dragovic、K.Fraser、S.Hand、T.Harris、A.Ho、R.Neugebauer、I.Pratt和A.Warfield。Xen和虚拟化艺术。2003年10月,第19届ACM操作系统原理研讨会论文集,第164-177页。
[8]
A.Baumann、S.Peter、A.Schüpbach、A.Singhania、T.Roscoe、P.Barham和R.Isaacs。您的计算机已经是分布式系统。为什么不是你的操作系统?2009年5月,第12届操作系统热点研讨会论文集。
[9]
B.N.Bershad、T.E.Anderson、E.D.Lazowska和H.M.Levy。轻量级远程过程调用。美国计算机学会计算机系统汇刊,8(1):37-551990。
[10]
B.N.Bershad、T.E.Anderson、E.D.Lazowska和H.M.Levy。共享内存多处理器的用户级进程间通信。美国计算机学会计算机系统学报,9(2):175--1981991。
[11]
S.Blightman。Auspex架构——FMP的过去与发展;出席。内部文件,Auspex Systems Inc.,1996年9月。http://www.bitsavers.org/pdf/auspex/eng-doc/848_auspex_建筑_FMP_Sep96.pdf。
[12]
S.Borkar。千核芯片:技术视角。第44届年度设计自动化会议论文集,第746-749页,2007年。
[13]
S.Boyd-Wickizer、H.Chen、R.Chen,Y.Mao、F.Kaashoek、R.Morris、A.Pesterev、L.Stein、M.Wu、Y.Dai、Y.Zhang和Z.Zhang。Corey:一个多核操作系统。2008年12月,第八届USENIX操作系统设计与实现研讨会论文集,第43-57页。
[14]
E.Bugnion、S.Devine、K.Govil和M.Rosenblum。Disco:在可扩展的多处理器上运行商品操作系统。美国计算机学会计算机系统学报,15(4):412-4471997。
[15]
C.Caöcaval、J.G.Castaños、L.Ceze、M.Denneau、M.Gupta、s D.Lieber、J.E.Moreira、K.Strauss和H.s.Warren,Jr.评估蜂窝计算的多线程架构。第八届IEEE高性能计算机体系结构研讨会论文集,第311-3222002页。
[16]
P.Charles、C.Grotho、V.Saraswat、C.Donawa、A.Kielstra、K.Ebcioglu、C.von Praun和V.Sarkar。X10:非均匀集群计算的面向对象方法。《面向对象编程系统、语言和应用ACM研讨会论文集》,第519-538页,2005年。
[17]
E.M.Chaves,Jr.、P.C.Das、T.J.LeBlanc、B.D.Marsh和M.L.Scott。内核——共享内存多处理器中的内核通信。并发:实践与经验,5(3):171--1911993。
[18]
P.Conway和B.Hughes。AMD Opteron北桥架构。IEEE Micro,27(2):2007年10月21日。
[19]
J.Dean和S.Ghemawat。MapReduce:简化了大型集群上的数据处理。第六届USENIX操作系统设计与实现研讨会论文集,第137-150页,2004年。
[20]
D.Dice和N.Shavit。TLRW:返回读写锁。在第四届ACM SIGPLAN事务计算研讨会论文集,2009年2月。
[21]
M.Dobrescu、N.Egi、K.Argyraki、B.-G.Chun、K.Fall、G.Iannaccone、A.Knies、M.Manesh和S.Ratnasamy。RouteBricks:利用并行性扩展软件路由器。2009年10月,第22届美国计算机学会操作系统原理研讨会论文集。
[22]
D.R.Engler、M.F.Kaashoek和J.O'Toole,Jr.Exockernel:用于应用程序级资源管理的操作系统体系结构。1995年12月,第15届ACM操作系统原理研讨会论文集,第251-266页。
[23]
M.Fähndrich、M.Aiken、C.Hawblitzel、O.Hodson、G.C.Hunt、J.R.Larus和S.Levi。支持Singularity OS中基于消息的快速可靠通信的语言。《欧洲系统会议记录》,第177-190页,2006年。
[24]
B.Gamsa、O.Krieger、J.Appavoo和M.Stumm。龙卷风:在共享内存多处理器操作系统中最大化局部性和并发性。第三届USENIX操作系统设计与实现研讨会论文集,第87-100页,1999年2月。
[25]
K.Govil、D.Teodosiu、Y.Huang和M.Rosenblum。Cellular Disco:在共享内存多处理器上使用虚拟集群进行资源管理。第17届ACM操作系统原理研讨会论文集,第154-169页,1999年。
[26]
M.Gschwind先生。Cell Broadband Engine:在芯片多处理器中利用多个级别的并行性。国际并行编程杂志,35(3):233-2622007。
[27]
D.Guniguntala、P.E.McKenney、J.Triplett和J.Walpole。用于支持Linux共享内存多处理器系统上的实时应用程序的读-复制-更新机制。IBM系统杂志,47(2):221--2362008。
[28]
S.M.手。复仇女神操作系统中的自我寻呼。第三届USENIX操作系统设计与实现研讨会论文集,第73-86页,1999年2月。
[29]
J.Held、J.Bautista和S.Koehl。从几个核心到多个核心:太规模计算研究概述。英特尔白皮书,2006年9月。ftp://download.intel.com/research/platform/trascale/trascale_overview_paper.pdf。
[30]
J.N.Herder、H.Bos、B.Gras、P.Homburg和A.S.Tanenbaum。MINIX 3:一个高度可靠、自我配对的操作系统。《操作系统评论》,40(3):80-892006年7月。
[31]
M.D.Hill和M.R.Marty。多核时代的阿姆达尔定律。IEEE计算机,41(7):33-382008。
[32]
P.Homburg、M.van Steen和A.Tanenbaum。作为通信范例的分布式共享对象。《第二届ASCI年会会议记录》,第132-137页,1996年6月。
[33]
英特尔公司。QuickPath体系结构白皮书,2008年。
[34]
E.Ipek、M.Kirman、N.Kirman和J.F.Martinez。核心融合:在芯片多处理器中适应软件多样性。第34届计算机体系结构国际研讨会论文集,第186-197页,2007年。
[35]
M.Isard、M.Budiu、Y.Yu、A.Birrell和D.Fetterly。Dryad:来自连续构建块的分布式数据并行程序。《欧洲系统会议记录》,第59-72页,2007年。
[36]
H.Jin、M.Frumkin和J.Yan。NAS并行基准测试的OpenMP实现及其性能。NAS-99011技术报告,NASA高级超级计算部门,美国加利福尼亚州莫特菲尔德,1999年10月。
[37]
A.R.Karlin、K.Li、M.S.Manasse和S.Owicki。共享内存多处理器竞争自旋的实证研究。1991年第13届ACM操作系统原理研讨会论文集,第41-55页。
[38]
M.Kistler、M.Perrone和F.Petrini。小区多处理器通信网络:专为速度而建。IEEE Micro,26(3):2006年10月23日。
[39]
G.Klein、K.Elphinstone、G.Heiser、J.Andronick、D.Cock、P.Derrin、D.Elkaduwe、K.Engelhardt、R.Kolanski、M.Norrish、T.Sewell、H.Tuch和S.Winwood。seL4:操作系统内核的正式验证。2009年10月,第22届美国计算机学会操作系统原理研讨会论文集。
[40]
P.Kongetira、K.Aingaran和K.Olukotun。尼亚加拉:32路多线程Sparc处理器。IEEE Micro,25(2):21-292005年。
[41]
M.Krohn、E.Kohler和M.F.Kaashoek。事件是有意义的。《2007年USENIX年度技术会议记录》,第1-14页,2007年。
[42]
R.Kumar、D.M.Tullsen、P.Ranganathan、N.P.Jouppi和K.I.Farkas。用于多线程工作负载性能的单-ISA异构多核体系结构。2004年第31届计算机体系结构国际研讨会论文集,第64-75页。
[43]
H.C.Lauer和R.M.Needham。关于操作系统结构的二重性。第二届操作系统国际研讨会,IRIA,1978年。重印于《操作系统评论》,1979年第13卷第2期。
[44]
J.利特克。关于µ-内核构造。1995年12月,第15届ACM操作系统原理研讨会论文集,第237-250页。
[45]
lighttpd网络服务器。http://www.lighttpd.net/。
[46]
Linux可扩展性eort。http://lse.sourceforge.net/。
[47]
lwIP。http://savannah.nongu.org/projects/lwip/。
[48]
B.D.Marsh、M.L.Scott、T.J.LeBlanc和E.P.Markatos。第一类用户级线程。第13届ACM操作系统原理研讨会会议记录,第110-121页,1991年10月。
[49]
T.G.Mattson、R.Van der Wijngaart和M.Frumkin。为Intel 80核片上网络T级处理器编程。《2008年超级计算国际会议论文集》,2008年第1-11页。
[50]
P.E.McKenney和J.Walpole。将技术引入Linux内核:案例研究。《操作系统评论》,42(5):4--172008年7月。
[51]
J.M.Mellor-Crummey和M.L.Scott。共享内存多处理器上可伸缩同步的算法。《美国计算机学会计算机系统学报》,1991年9月21日至65日。
[52]
微软。Windows Server 2008中的接收方缩放增强功能。http://www.microsoft.com/whdc/device/network/ndis_rss.mspx。
[53]
D.Mosberger和L.L.Peterson。在Scout操作系统中明确路径。在1996年10月第二届USENIX操作系统设计与实现研讨会论文集,第153-167页。
[54]
D.Mosberger和J.Tin。httperf:用于测量web服务器性能的工具。《绩效评估评论》,26(3):31-371998年12月。
[55]
E.B.Nightingale、O.Hodson、R.McIlroy、C.Hawblitzel和G.Hunt。Helios:使用卫星内核的异构多处理。2009年第22届ACM操作系统原理研讨会论文集。
[56]
J.Protić、M.Tomaević和V.Milutinović。分布式共享内存:概念和系统。IEEE并行与分布式技术,4(2):63-791996。
[57]
鲁西诺维奇(M.Russinovich)。Windows Server 2008内核内部更改。Microsoft TechNet杂志,2008年3月。
[58]
鲁西诺维奇(M.Russinovich)。Windows 7内部。Microsoft MSDN Channel 92009年1月。
[59]
K.Sankarlingam、R.Nagarajan、H.Liu、C.Kim、J.Huh、D.Burger、S.W.Keckler和C.R.Moore。利用多形TRIPS架构开发ILP、TLP和DLP。2003年第30届计算机体系结构国际研讨会论文集,第422-433页。
[60]
A.Schüpbach、S.Peter、A.Baumann、T.Roscoe、P.Barham、T.Harris和R.Isaacs。巴勒菲什多核操作系统的多样性。2008年6月,《管理的许多核心系统研讨会论文集》。
[61]
L.Seiler、D.Carmean、E.Sprangle、T.Forsyth、M.Abrash、P.Dubey、S.Junkins、A.Lake、J.Sugerman、R.Cavin、R.Espasa、E.Grochowski、T.Juan和P.Hanrahan。Larrabee:一个用于可视化计算的多核x86体系结构。ACM图形汇刊,27(3):1-152008。
[62]
D.谢列波夫和A.费多罗娃。使用体系结构签名在异构多核处理器上调度。《操作系统与计算机体系结构之间的交互研讨会论文集》,2008年。
[63]
斯坦福大学共享内存并行应用程序(SPLASH-2)。http://www-flash.stanford.edu/apps/SPLASH/。
[64]
SQLite数据库引擎。http://www.sqlite.org/。
[65]
D.Tam、R.Azimi和M.Stumm。线程集群:SMP-CMP-SMT多处理器上的共享感知调度。《欧洲系统会议记录》,第47-58页,2007年。
[66]
A.S.Tanenbaum和R.van Renesse。分布式操作系统。ACM计算调查,17(4):419-4701985。
[67]
V.乌利格。基于微核系统的可扩展性。德国卡尔斯鲁厄大学计算机科学系博士论文,2005年6月。
[68]
S.Vangal、J.Howard、G.Ruhl、S.Dighe、H.Wilson、J.Tschanz、D.Finan、P.Iyer、A.Singh、T.Jacob、S.Jain、S.Venkataraman、Y.Hoskote和N.Borkar。65nm CMOS芯片上的80-tile 1.28TFLOPS网络。在国际固态电路会议上,第98-589页,2007年2月。
[69]
D.Wentzla和A.Agarwal。因子化操作系统(fos):针对多核的可扩展操作系统。《操作系统评论》,43(2),2009年4月。
[70]
D.Wentzla、P.Griffin、H.Homann、L.Bao、B.Edwards、C.Ramey、M.Mattina、C.-C.Miao、J.F.Brown、III和A.Agarwal。瓷砖处理器的芯片互连架构。IEEE Micro,27(5):15--312007年。
[71]
I.Wienand和L.Macpherson。ipbench:分布式网络基准测试框架。2004年9月在澳大利亚墨尔本举行的AUUG冬季会议。

引用人

查看全部

索引术语

  1. 多核:一种新的可扩展多核系统操作系统架构

      建议

      评论

      信息和贡献者

      问询处

      发布于

      封面图片ACM会议
      SOSP’09:ACM SIGOPS第22届操作系统原理研讨会会议记录
      2009年10月
      346页
      十亿英镑:9781605587523
      内政部:10.1145/1629575
      如果复制品不是为了盈利或商业利益而制作或分发的,并且复制品的第一页载有本通知和完整引文,则允许免费制作本作品的全部或部分数字或硬拷贝以供个人或课堂使用。必须尊重ACM以外的其他人对本作品组成部分的版权。允许用信用证进行摘要。要以其他方式复制或重新发布,在服务器上发布或重新发布到列表,需要事先获得特定许可和/或付费。从请求权限[电子邮件保护]

      赞助商

      出版商

      计算机协会

      美国纽约州纽约市

      出版历史

      出版:2009年10月11日

      权限

      请求对此文章的权限。

      检查更新

      作者标记

      1. 消息传递
      2. 多核处理器
      3. 可扩展性

      限定符

      • 研究文章

      会议

      SOSP09标准
      SOSP09:ACM SIGOPS第22届操作系统原理研讨会
      2009年10月11日至14日
      蒙大拿州,大天空,美国

      接受率

      716份提交文件中的总体接受率131份,18%

      即将召开的会议

      SOSP’24
      ACM SIGOPS第30届操作系统原理研讨会
      2024年11月4-6日
      奥斯汀,德克萨斯州,美国

      贡献者

      其他指标

      文献计量学和引文

      文献计量学

      文章指标

      • 下载量(最近12个月)475
      • 下载次数(最近6周)36
      反映截至2024年9月15日的下载量

      其他指标

      引文

      引用人

      查看全部
      • (2024)BrickOS:异构硬件资源的专用内核中科院信息10.1360/SSI-2022-041354:3(491)在线发布日期:2024年3月11日
      • (2024)消除无跟踪进程上的eBPF跟踪开销ACM SIGCOMM 2024 eBPF和内核扩展研讨会会议记录10.1145/3672197.3673431(16-22)在线发布日期:2024年8月4日
      • (2024)HPCnix:使HPC应用程序像shell脚本一样更容易亚太地区高性能计算国际会议论文集10.1145/3636480.3637231(83-86)在线发布日期:2024年1月11日
      • (2024)Enoki:高速Linux内核调度器开发第十九届欧洲计算机系统会议记录10.1145/3627703.3629569(962-980)在线发布日期:2024年4月22日
      • (2024)Loupe:推动操作系统兼容层的开发第29届ACM国际编程语言和操作系统体系结构支持会议记录,第1卷10.1145/3617232.3624861(249-267)在线发布日期:2024年4月27日
      • (2024)基于重启的Unikernel组件级恢复2024年IEEE/IFIP第54届可靠系统和网络(DSN)国际年会10.1109/DSN58291.2024.00017号(15-28)在线发布日期:2024年6月24日
      • (2024)并行装配综合基于逻辑的程序合成与转换10.1007/978-3-031-71294-4_1(3-26)在线发布日期:2024年9月9日
      • (2023)卡普斯通第32届USENIX安全研讨会会议记录10.5555/3620237.3620282(787-804)在线发布日期:2023年8月9日
      • (2023)从协调角度看云资源调度技术:一项整体综述从协同视角论云资源调度技术:综述信息技术与电子工程前沿10.1631/配件210029824:1(1-40)在线发布日期:2023年1月23日
      • (2023)Diciclo:高效多租户隔离的灵活用户级服务计算机系统ACM事务10.1145/363940442:1-2(1-47)在线发布日期:2023年12月30日
      • 显示更多引用者

      视图选项

      获取访问权限

      登录选项

      完全访问权限

      查看选项

      PDF格式

      以PDF文件查看或下载。

      PDF格式

      电子阅读器

      使用联机查看电子阅读器.

      电子阅读器

      媒体

      数字

      其他

      桌子

      分享

      分享

      共享此出版物链接

      在社交媒体上分享