共享内存多处理器上的操作系统噪声研究与控制

admin · 发表于 2022-9-23 21:03:32

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　　操作系统活动对应用程序执行流的中断被定义为操作系统噪声。本文旨在研究共享内存多处理器结构上的操作系统噪声规律和控制方法。　　首先，现有的操作系统噪声研究一般采用注入人工噪声的方式，可以通过改变人工噪声参数来观察噪声情况，但是这种方式不能真实的反映实际操作系统的噪声情况。本文基于X86_64和龙芯3号体系结构，在Linux内核上设计实现了一个在操作系统初始化时改变处理器规模以及内存结构的方法，提供了一个通过改变处理器规模和内存结构来研究真实操作系统噪声的方式。该方法无须重新编译内核，可以节约更换不同硬件实验平台的成本，排除具体的机器差异对操作系统噪声规律的影响。　　然后，由于操作系统噪声延迟小，难于度量，本文对X86_64和龙芯3号平台的精确计时方法进行了研究，实现了一套用于度量操作系统噪声的精确计时框架。同时，本文对现有的操作系统噪声的度量工具进行了分析，发现这些针对大规模集群环境设计的工具对多处理器平台上的操作系统噪声不敏感，进而实现了一套适用于共享内存多处理器结构的操作系统噪声度量分析工具。　　最后，在本文设计的实验平台上，利用操作系统噪声度量分析工具，本文发现Linux操作系统在UMA（uniform memory access）内存结构的不同处理器之间存在操作系统噪声平衡现象，而NUMA（non-uniform memory access）内存结构的不同内存节点之间存在操作系统噪声非一致性现象。本文详细分析了UMA内存结构中的操作系统噪声平衡现象，并基于隔离控制的方法，在Linux内核上实现了一种抑制操作系统噪声的机制，从而减少了操作系统噪声在共享内存多处理器上的危害。

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