Adaptación de la arquitectura linux lib de MaRTE OS a multiprocesadores

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1 Adaptación de la arquitectura linux lib de MaRTE OS a multiprocesadores Daniel Medina Ortega, Mario Aldea Rivas, Michael González Harbour {medinad,aldeam,mgh}@unican.es Grupo de Computadores y Tiempo Real. Universidad de Cantabria. XIV Jornadas de Tiempo Real Universidad Politécnica de Madrid Madrid, 3 y 4 de Febrero de 2011 Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 1/22 Resumen 1 Introducción 2 Soporte Linux para SMP 3 Adaptación de MaRTE OS 4 Pruebas y evaluación 5 Conclusiones y trabajo futuro Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 2/22

2 Introducción MaRTE OS Sistema operativo de tiempo real monoprocesador Arquitecturas de MaRTE OS x86 linux linux lib XtratuM Ejecutable ELF. Stand Alone. Ejecutable como aplicación Linux. Temporizador y señales. Ídem. arquitectura linux Librerías de Linux. Ejecutable en una partición. Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 3/22 MaRTE OS Gestión de los hilos (linux y linux lib) Aplicación de usuario Proceso Linux Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 4/22

3 Sistemas Multi-Procesador Uniform Memory Access Processor Processor Processor cache cache cache Bus Memory Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 5/22 Objetivo: Plataforma cercana al SMP real Proceso Linux Aplicación de usuario Soporte de Linux para SMP Adaptación de MaRTE OS Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 6/22

4 Soporte Linux para SMP Soporte Linux Clone: creación de hilos Linux Afinidad: fijación a un procesador Señales: comunicación entre hilos Identificación de la CPU Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 7/22 Soporte Linux para SMP Clone: creación de hilos Linux Proceso Linux Aplicación de usuario int clone (int (*fn)(void *), void *chils stack, int flags, void *arg); Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 8/22

5 Soporte Linux para SMP Afinidad: fijación a un procesador Proceso Linux Aplicación de usuario int sys sched setaffinity(pid t pid, unsigned int setsize, set t *mask); Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode2011 9/22 Soporte Linux para SMP Señales: Simulación de IPIs Proceso Linux Aplicación de usuario long sys tgkill (int tgid, int pid, int sig); Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

6 Soporte Linux para SMP Identificación de la CPU Proceso Linux Aplicación de usuario asm( id : =b (id) : a (0x01)); Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22 Adaptación de MaRTE OS Spinlock Gestión de las tareas Algoritmo de planificación Sección crítica del núcleo de MaRTE OS Inicialización Interfaz abstracta con el hardware Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

7 Adaptación de MaRTE OS Spinlock Mecanismo de sincronización mediante espera activa basada en una operación de decremento atómico En MaRTE OS Disponible para el usuario Creación de secciones críticas del kernel Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22 Adaptación de MaRTE OS Gestión de las tareas Array de tareas en ejecución Array de tareas idle Cola de tareas ejecutables Array de tareas en ejecución (0) (1) (..) Array de tareas idle (0) (1) (..) (N) (N) Cola de tareas ejecutables Idle Task Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

8 Algoritmo de planificación Fases Búsqueda del procesador con la tarea menos prioritaria No se requiere cambio de contexto Procesador remoto Envío de interrupción Procesador local & Búsqueda para la segunda tarea de la cola ready (excluyendo procesador local) No se requiere cambio de contexto Procesador remoto Envío de interrupción & Cambio de contexto local Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22 Seccion Crítica Sección Crítica del núcleo Todas las operaciones que manipulan las estructuras del núcleo Leyenda Enable Interrupts Disable Interrupts Lock Kernel Spinlock Unlock Kernel Spinlock Context Switch Interrupt arrival Ejemplo 1: Cambio de contexto sencillo. T2 E L Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

9 Sección Crítica Ejemplo 2: Cambio de contexto por interrupción. IRQ IH T2 SI L Ejemplo 3: Cambio de contexto completo IRQ IH T2 SI L E EI Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22 Sección Crítica Ejemplo 2: Cambio de contexto por interrupción. IRQ IH T2 SI L Ejemplo 3: Cambio de contexto completo IRQ IH T2 SI L E EI Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

10 Ejemplo 4: Interrupción entre procesadores P1 (8) (6) P2 (4) P3 (2) IRQ (6,5)... IRQ (5) (6) Algoritmo de planificación Búsqueda del procesador con la tarea menos prioritaria No se requiere cambio de contexto Procesador remoto Envío de interrupción Procesador local & Búsqueda para la segunda tarea de la cola ready (excl. proc. local) No se requiere cambio de contexto Procesador remoto Envío de interrupción & Cambio de contexto local Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22 Adaptación de MaRTE OS Inicialización 1 Inicialización del spinlock del kernel 2 Inicialización normal de MaRTE OS 3 Inicialización SMP de MaRTE OS Creación de hilos Linux y asignación al procesador Primer cambio de contexto Interfaz abstracta con el hardware (HAL) HAL.SMP Initialize Cpuid Send IPI Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

11 Pruebas y evaluación Pruebas de ejecución de 30 tareas (µs) monoprocesador multiprocesador (4 proc.) Cambio de contexto (µs) mínimo medio máximo monoprocesador 2 3,039 7 multiprocesador (local) 6 10, multiprocesador (remoto) 9 26, Envío de una señal Linux (µs) Linux 1,682 10, ,229 Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22 Conclusiones y trabajo futuro Conclusiones Soporte Linux para SMP Adaptación de MaRTE OS Nos ha permitido enfrentarnos a gran parte de la problemática de los sistemas multiprocesador Trabajo futuro Integración en la distribución oficial de MaRTE OS Portar a la arquitectura x86 y/o ARM multiprocesador Implementar otros algoritmos de planificación Implementar la interfaz multiprocesador propuesta para la futura revisión del estándar Ada Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

12 Fin Gracias por su Atención Daniel Medina (CTR-UC) Adaptación de MaRTE OS a SMP 3y4deFebrerode /22

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