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摘 要 ：随着计算机技术的不断发展和进步,计算机架构也相应的取得了快速的发展.并行计算机以数据交换网络为架构的中心,是一种新型的计算机架构.文章主要介绍了一种基于并行计算机架构的OS模型,其中主要包括并行计算机架构模式、并行计算机OS模型、并行计算机OS的QOS模型等几个方面.并行计算机的性能优越,数据计算和数据处理能力强大,在国民经济社会实践中具有广泛的运用空间,值得进一步推广与运用.
关 键 词 ：并行计算机架构；OS模型；QOS模型
中图分类号：TP393.02 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-02
1.引言
并行计算机是随着计算机技术的发展和进步演进而来的一种计算机,主要是为了解决同时使用多种计算机资源解决计算的问题,其主要目的是为了解决大型而复杂的计算问题.一般来说,并行计算机主要包括一台并行处理计算机,一个与网络相连的计算机专有编号,或者将二者结合起来使用.利用并行计算机,可以解决复杂的计算问题,节约成本,克服单个计算机存储器的限制.因此,针对未来实时多媒体的运用,开发设计出了并行计算机.并行计算机消除了总线结构,解决了集中式控制带来的问题.并且,其系统可以进一步优化升级,具有传统计算机不可比拟的优越性.目前,在银行、超市、电力部门等,为了使操作方便可靠,达到最佳的性能,设计不同的体系结构需要与之相匹配的不同操作系统.所以,设计出一种新型的操作系统,并运用于并行计算机这个新型体系结构是十分必要的.文章主要针对并行计算机的结构特点,提出了一种操作系统模型,该模型具有多核心、抽象设备具有独立工作、并且可以提供QOS服务的特点.此外,文章还分析了设计模型过程中遇到的相关问题.
2.并行计算机架构模式
随着计算机技术的发展和进步,并行计算机成为人们设计计算机操作模型的热点技术.在并行计算机中,整个系统的架构中心为高速交换网络,各个部件是在这个中心完成数据交换和设备控制的.在通讯方式上,并行计算机运用客户/服务器交互模式进行,这就使得设备对象来处理大部分设备管理任务,而不是中央处理器,减轻了中央处理器的任务.此外,并行计算机还对各设备的功能进行了划分,为每个硬件对象划分了处理单元和抽象设备,并且是互不相同的,这样就减少了部件之间的通讯量.此外,由于交换网络的高带宽能够支持多路并发通讯,在设备和中央处理器之间可以实现信息的同时传递,促进了各个部件高速的并行运作,从而消除了传统计算机通讯的障碍.值得一提的是,这种通讯模式不仅使得系统的整体性能得到了提高,还能够支持现代微内核等操作系统模型.
3.并行计算机OS模型
传统的计算机操作模型无法满足并行计算机的要求,因此,为了使得并行计算机的硬件性能得到充分的发挥,我们有必要提出并行计算机操作系统模型.
3.1 并行计算机OS的体系架构
在并行计算机的交换网络中,每个节点只能进行处理和存储.不同的设备节点主要完成对设备的控制和存储器管理等功能,然而计算机的计算工作主要靠主机来完成,这就需要不同的设备为主机提供服务,我们可以将不同设备节点的管理程序视为设备操作系统.所以,根据并行计算机和分布式架构模型的联系与区别,提出了一种适用于并行计算机的操作系统.我们称该模型为基于并行计算机架构的多内核OS模型.在该操作系统中,主要有主机对象和抽象设备对象两个构成部分.主机对象的底层是主内核,在主内核的上面就是I/0设备对象接口,再往上面就是系统服务层,到最上面一层是应用程序.这种机构具有以下优点：该结构能够使并行计算机和单机操作系统相互之间保持良好的兼容性,能够让用户感觉应用程序是透明的,不用去考虑多个计算并行工作.该模型的设备对象具有独立的操作系统,具有很强的自治性,设备对象不仅具有和传统驱动程序类似的功能,还具有很多新型的特征,比如支持多用户并发访问,支持QOS等.
本篇论文来源:http://www.sxsky.net/jisuanji/jsjyy/384126.html
3.2 与OS模型相关的抽象设备
在并行计算机中,设备对象又常常被称为抽象设备对象,抽象设备也具有继承性、封装性和多态性的特征.不过,抽象设备的性能与智能I/0还是有差别的,智能I/0设备和抽象设备都是通过交互接口,从而使得设备的智能功能得以实现.但是,智能I/0只拥有设备控制级的调用级别,并采用存储映射的通讯方式,在灵活性和复杂性方面,智能I/0比不上抽象设备.在并行计算机的设计过程中,该操作系统模型的抽象设备主要包括以下一些：磁盘、终端输入设备、网络设备、音频处理设备、视频处理设备.
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3.3 主机OS与抽象设备的交互方式
在组成部件上,并行计算机主要包括抽象设备和一组处理单元,这些组成部件通过他们之间的通讯与协作,从而用最快的速度完成大规模的计算任务.所以,处理单元和抽象设备的通信与协作机制是整个并行计算机最重要的组成部分.要发展整个并行计算机的体系结构,关键是提高计算节点性能,改进节点间的通信技术.要实现主机操作系统与抽象设备之间的通信,可以通过消息传递的方式进行.整个通信的过程分为两个部分,即发送信息和接收信息.在主机操作系统与设备对象进行交互的方式上,可以运用客户机/服务器的模式,在控制方法上,这种交互方式主要具有以下两种：远端脚本执行方式和基于抽象设备命令接口的远端过程调用方式.其中,在并
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4.并行计算机OS的QOS模型
4.1 QOS模型
QOS指的是一些设备,如计算机、网络等的服务质量,它是网络应用中的一种安全机制,可以用来解决网路延迟和网路阻塞等相关问题,是一种技术措施.当网络的运行正常的时候,如果网络仅仅用于特定的无时间限制的操作系统或者应用系统,在这样的情况下就没有必要运用QOS.但是,QOS对关键应用和多媒体应用显得十分必要.比如,在网络运行的过程中,如果发生网络过载或者是网路拥塞的时候,运用QOS就可以保证网络正常运行,能够确保重要的业务量不会发生延迟或者丢弃,与此同时,QOS还能够保证网络的高效运行. 在一般的情况下,QOS能够提供以下三种服务模型.第一、Best—Effort服务模型.这是一个比较简单的模型,在这种模型下,网络可以尽到最大的可能来发送电报,但是它无法保证时延和可靠性.该模型通过FIFO队列来实现,在大多数网络中能够适用.第二、Int—Serv服务模型.该模型比较复杂,能够满足大多数应用程序对QOS的需求.在该模型的设计和开发过程中运用资源预留协议,这样的设计能够防止某一应用程序对资源的过量消耗,从而有利于保证每个业务流的质量,但是该模型具有可扩展性很差的特点.第三、Diff—Serv服务模型.该模型能够满足不同的QOS需求,区分服务的实现过程简单,并且,该模型还具有良好的扩展性.在我们研究的并行计算机架构模型中,各个设备的功能独立,系统内的信息传递得以减少,执行应用程序的时间得到了缩短,并且,中央处理器对应用程序高响应比的特点,因而,该架构在实时多媒体方面具有十分良好的应用前景.有鉴于此,我们设计出的系统也要能够支持实时多媒体技术,尤其是要保证QOS应用程序服务质量.
4.2 并行计算机的QOS模型
为了保证各种应用程序在运行的时候,如实时应用程序、多媒体应用程序、网络应用程序等,可以及时的获取其所需要的各种资源,在操作系统设计的时候,需要QOS,以支持服务质量保证,以使用户提出的各种服务质量能够得到保障.当用户申请某种系统服务的时候,用户提出相应的QOS要求,操作系统则可以根据现有的资源情况与用户进行相互协商,最后相互之间达成QOS协议,系统还为用户保留相互协商好的各种资源.
传统的QOS模型主要建立在两个基本假设上面,第一、QOS管理器能够记录所有资源的使用状况；第二、主机系统统一管理I/O设备.但是,在并行计算机中,这两个基本假设不能成立,其原因是各个设备是独立的,主机无法实现对设备记录管理,因此,上述的假设不能成立,传统的QOS模型无法实现.本文根据现实的需要,提出了一种新型的操作系统QOS模型.在这种模型中,每个设备对象都有一个QOS服务器,这个服务器可以完成对QOS的管理和资源的分配工作,QOS管理器首先将QOS描述进行分解,然后转发至相应的设备对象的QOS服务器,这时,服务器便对相应的QOS请求进行处理.最后,将处理结果返回到QOS管理器,由管理器进行汇总,汇总后的结果由管理器返回给应用程序.
4.结束语
并行计算机的显著特点是性能优越,具有强大的数据计算和数据处理能力,因而能够在国民经济的众多领域中得到广泛的运用.比如,石油勘探、天气预报、地震预报、新型武器设计、卫星图像处理、航空航天飞行器等等.伴随着时代的变化和计算机技术的进步,计算机架构也会快速的发展,并相应的会升级换代.文章所介绍的操作系统顺应了实际需要,满足了计算机架构的实际需求.总的来说,该系统具有以下几个特点：（1）具有多个核心；（2）由于设备的管理系统被密封,这就使得计算机架构的抽象设备具有独立的功能；（3）该系统还设计了新型的QOS服务,满足了并行计算机机构的需求.总而言之,该操作系统的设计能够使并行计算机硬件的性能得到充分的发挥,并满足了智能化、实时多媒体的需求,性能优越,功能强大,在国民经济社会实践总值得进一步推广与运用.
参考文献：
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