Untersuchung zur UNIX-MINIX-Kopplung in einem Multiprozessorsystem:
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1992
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| adam_text | Titel: Untersuchung zur UNIX-MINIX-Kopplung in einem Multiprozessorsystem
Autor: Ndenge, Anwenwillie F.
Jahr: 1992
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung 1
1.1 Einleitung 1
1.2 Problemstellung 2
2 Stand der Technik: Paralielrechnersysteme 5
2.1 Klassifikation nach Flynn 5
2.2 Klassifikation nach Händler 6
2.3 Kopplungsarten 7
2.4 Vergleichbare Signalverarbeitungssysteme 9
2.5 Weitere Maßnahmen zur Leistungssteigerung 12
2.5.1 Leistungssteigerung durch Cache-Speicher 12
2.5.2 Leistungssteigerung durch Lokalspeicher 13
2.6 Die heterogenen Erweiterungsmöglichkeiten 15
2.6.1 Transputer-Konzept 15
2.6.2 Digitale SignalproHssoren (DSP) 1«
3 Stand der Technik: Betriebssysteme IS
3.1 Aufgaben eines Betriebssystems 19
3.2 Aufbau von Betriebssystemen 21
3.3 Einige Betriebssystemkomponenten 22
3.3.1 Prozesse 22
3.3.2 Semaphoren 23
3.3.3 Monitore 23
3.3.4 Botschaften {Messages) 24
3.3.5 Gemeinsamer Speicher (Shared Memory) l
i
ü INHALTSVERZEICHNIS
3.3.6 Streams und Threads 24
3.4 Realisierungen 25
3.4.1 Einprozessorbetriebssysteme 25
3.4.2 Multiprozessorbetriebssysteme 29
3.5 Hinweis auf eigenen Ansatz 38
4 Das UNDC/MINIX- (SPURT III-) System 39
4.1 Der SPURT III Hardware-Aufbau 39
4.2 Software-Konzept 42
4.2.1 Begründung der Auswahl von MINIX 42
4.2.2 Anpassung von MINIX (Knotenbetriebssystem) 46
4.2.3 Die Integration der Speicherverwaltungseinheit (MMU) 48
4.2.4 Die Integration des Gleitkommakoprozessors 51
4.2.5 Der Zeitgeber- (Clock-) Task 52
4.2.6 Der Bildschirm- (Terminal-, Tty-) Task 53
4.2.7 Der Mem-Task 53
4.2.8 Der System-Task 53
4.2.9 Der Link-Task (Basis des Multiprozessorsystems) 53
4.2.10 Zusätzlicher Bedien-/Server-Prozeß 56
4.2.11 Globale Objekte 71
4.2.12 Das verteilte Dateisystem 75
4.2.13 Echtzeitfähigkeit von MINIX 80
4.2.14 Benutzungsschnittstelle 87
4.2.15 Scheduler-Modell 90
5 Modellprozeß: Getriebediagnose 93
6 Ergebnisse 101
6.1 Methoden zur Bestimmung von Leistungsgrößen 101
6.2 Ergebnisse der Messung 102
6.2.1 Betriebssystem-Kennwerte 102
6.2.2 Fehlerdiagnose-spezifische Kennwerte[77] 1°2
6.3 Anwendung auf Modellprozeß Getriebediagnose 103
6.3.1 Getriebediagnose - Ergebnisse 103
INHALTSVERZEICHNIS iii
7 Zusammenfassung 111
A Beispiele: Multiprozessorsysteme 123
A.l BBN-Butterfly, GP1000 [34] 123
A.2 Convex-C2-XP [132] 123
A.3 Floating Point Systems - T-Serie [44] 123
A.4 Parsytec-Megaframe [68] 124
A.5 Thinking Machines - Connection Machine [44] 124
A.6 DIRMU (Universität Erlangen - Nürnberg) [75] 124
A.7 SupReNum (Suprenum GmbH) 124
A.8 SEQUENT Symmetry. 124
A.9 MESAM/SPURTII 125
B Header-Dateien 127
B.l Listing von adc.h 127
B.2 Listing von semaphore.h 127
B.3 Listing von glo-mem-var.h 128
C Erläuterungen zum Linktask 133
C.l Beispiel zur Verwendung der Bibliotheksfunktionen 133
C.2 Schlußfolgerung - Linktaskimplementierung 134
D Rechnerkonfigurierung (minix_conf) 135
D.l Listing von minix-conf.c 135
E Aufbau des Datenerfassungstreibers (m3adc.c) 137
E.l Listing von mSadc.c 137
F VMEbus-UNIX-Treiber (glo.c) 147
F.l Listing von glo.c 147
Abbildungsverzeichnis
1.1 Makro-Datenfluß-Graph einer typischen Getriebediagnose 3
2.1 Pipelining 6
2.2 Verbindungsnetze für Multiprozessor-Systeme [50] 7
2.3 Mehrkanalige, parallele Datenerfassung und Verarbeitung mit dem Multipro-
zessorsystem MESAM [7] zur Getriebediagnose 10
2.4 Multiprozessor mit Lokalspeichern [40] 13
2.5 Multiprozessor mit verteilten Globalspeicher [40] 14
2.6 Multiprozessor mit Dual-Ported verteilten Globalspeicher [40] 14
2.7 Blockdiagramm IMS T800 [131] 15
2.8 Blockschaltbild des DSP32C von AT T [140] , Aug. 90 17
3.1 Historische Übersicht der Entwicklung von Rechnern und Betriebssystemen
[124] 20
3.2 Schichtenmodell 2!
3.3 Erweitertes Schichtenmodell 22
3.4 Einteilung von Betriebssystemen 25
3.5 Aufbau von MS-DOS 26
3.6 Speicheraufteilung auf 80286-basiertes System 27
3.7 Blockdiagramm des UNIX-System-Kerns [5] 28
3.8 Realisierungsschema der ersten Multiprozessorsysteme [43] 29
3.9 Umgebung eines Netzwerkbetriebssystems 30
3.10 Blockschaltbild eines verteilten Systems [43] 30
3.11 Schematischer Aufbau eines RPCs 31
3.12 Struktur einer CFS-Implementation [111] 32
3.13 Die HELIOS-Umgebung [135] 35
3.14 Amoeba-Architektur[112] 37
v
vi ABBILDUNGSVERZEICHNIS
4.1 Der SPURT III-Hardware-Aufbau 40
4.2 Blockdiagramm einer 32-Bit VMEbus-Prozessor-Platine 41
4.3 MINIX-Aufbau 43
4.4 Erweiterter MINIX-Aufbau 45
4.5 Software-Architektur auf SPURT III 47
4.6 MMU-Binteilung des gesamten Adressraumes 48
4.7 Realisiertes MMU-Konzept 50
4.8 Root Pointer Register (CRP, SRP) Format (137] 51
4.9 Filetransferprotokoll von UNIX nach MINIX 57
4.10 Protokoll zur Aktivierung von MINIX-Befehlen von UNIX 58
4.11 Protokollschicht mit Zustandsdiagramm zur Spezifikation jeder Protokollma¬
schine 59
4.12 Die vereinfachte Kommunikationskonfiguration 59
4.13 Zustandsübergänge des Übertragungsprotokolls 62
4.14 Aufbau des Ringpuffers [103] 65
4.15 Zusammenhang zwischen dem Prozeß readJmffer und den Serviceprozessen
write-tty und t/./iVe [103] 67
4.16 Logische Aufteilung des Globalspeichers 72
4.17 Randkennzeichnungsverfahren: Kennzeichnung der Stücke [124] 75
4.18 Verteilte Verzeichnisse für zwei Knotenrechner 77
4.19 Abstraktes Realtime System [40] 80
4.20 Blockschaltbild der ADU-Karte 82
4.21 Die Schnittstelle: ADU/Verarbeitungseinheit 83
4.22 Belegung des Wortes für die ADU-Konfiguration (1) 85
4.23 Struktogramm Daten einlesen der adc-task 86
4.24 Die Benutzungsschnittstelle [121] 88
4.25 Umwandlung der Anwendereingabe 89
5.1 Allgemeiner Aufbau eines Diagnosesystems 93
5.2 Modellvorstellung eines Getriebes 95
5.3 Identifikation von Schwingungsquellen mittels Frequenzanalyse [63] 97
6.1 Dreistufiges PKW-Getriebe-Modell (Gl) 103
ABBILDUNGSVERZEICHNIS vii
6.2 Einstufiges PKW-Getriebe-Modell (G2) - Hinterachs-Getriebe (Ritzel: 13
Zähne/Tellerrad: 45 Zähne) 104
6.3 Analyse-Programm für die Getriebeart Gl 104
6.4 Analyse-Programm für die Getriebeart G2 105
6.5 Verwaltung der Globaldatensegmente 106
6.6 Zeitgewinn durch Multitasking, Pipelining und Parallelprocessing bei der Gl-
Analyse (vgl. Tabelle 6.4) 108
6.7 Zeitgewinn durch Multitasking, Pipelining und Parallelprocessing bei der G2-
Analyse (vgl. Tabelle 6.5) 109
6.8 Speed-up-Diagramme der Gl- und G2-Analyse 109
A.l Blockdiagramm des SEQUENT-Symmetrys 125
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