[發(fā)明專利]一種在多核多線程處理器中的核間消息通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810067040.2
• 申請(qǐng)日: 2008-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN101266561A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙陽(yáng);過(guò)仕好
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F9/54
• 分類號(hào): G06F9/54
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 楊宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多核多線程處理器領(lǐng)域，尤其涉及一種利用多核多線程處理器的處理器間中斷進(jìn)行內(nèi)核線程間同步和異步消息通信方法的改進(jìn)。

背景技術(shù)

隨著多核處理器被逐漸廣泛的應(yīng)用到更多的技術(shù)領(lǐng)域，其強(qiáng)大的并行計(jì)算能力、低功耗以及高集成度的優(yōu)點(diǎn)也開始逐漸被人們所認(rèn)知；尤其在幾個(gè)主要的多核處理器廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品系列中，雙核、四核、八核、十六核已經(jīng)成為各種應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)的主流；甚至有的多核處理器在一個(gè)處理器內(nèi)核中還包含了多個(gè)內(nèi)核硬線程，能夠獨(dú)立運(yùn)行操作系統(tǒng)實(shí)例，給應(yīng)用開發(fā)帶來(lái)了極大的靈活性，但同時(shí)也帶來(lái)了一系列問(wèn)題，例如在充分發(fā)揮多核處理器并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)的條件下，如何保持核間或線程間的互斥和同步關(guān)系，如何保證核間或者線程間通信的及時(shí)性和可靠性等問(wèn)題。

上述多核處理器中的內(nèi)核根據(jù)產(chǎn)品的不同可能僅存在一個(gè)內(nèi)核硬線程或者包含有多個(gè)內(nèi)核硬線程，為保持本文的一致性，下文中都用內(nèi)核線程來(lái)說(shuō)明。

多核處理器的應(yīng)用開發(fā)模式主要有以下三種：

1.非對(duì)稱多處理模式AMP(Asymmetric?multiprocessing)，即每個(gè)內(nèi)核線程運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，根據(jù)所運(yùn)行的操作系統(tǒng)是否相同還可細(xì)分為同構(gòu)AMP和異構(gòu)AMP；

2.對(duì)稱多處理模式SMP(Symmetric?multiprocessing)，即所有內(nèi)核線程只運(yùn)行在一個(gè)操作系統(tǒng)管理之下，可以在不同的內(nèi)核線程上調(diào)度任務(wù)；

3.混合多處理模式BMP(Bound?multiprocessing)，即所有內(nèi)核線程只運(yùn)行在一個(gè)操作系統(tǒng)管理之下，可以根據(jù)應(yīng)用的需要，指定到某個(gè)固定的內(nèi)核線程運(yùn)行任務(wù)，避免由于任務(wù)在不同內(nèi)核線程間的切換而帶來(lái)的性能下降；

在多核處理器中，操作系統(tǒng)需要在多個(gè)內(nèi)核線程之間協(xié)調(diào)操作，芯片內(nèi)部一個(gè)內(nèi)核線程常常要向系統(tǒng)中的其他內(nèi)核線程發(fā)出中斷請(qǐng)求，這通常是靠處理器間中斷IPI(Interprocessor?interrupt)實(shí)現(xiàn)的，即處理器間中斷可以被用來(lái)進(jìn)行內(nèi)核線程間的同步或異步消息通信。例如當(dāng)檢測(cè)到目的內(nèi)核線程的就緒隊(duì)列中有更高優(yōu)先等級(jí)的任務(wù)等待調(diào)度時(shí)，當(dāng)前的源內(nèi)核線程就發(fā)送處理器間中斷來(lái)指示目標(biāo)內(nèi)核線程，可能會(huì)需要一次任務(wù)的調(diào)度，目的內(nèi)核線程收到中斷后，還需要根據(jù)自身的情況作進(jìn)一步判定，是否進(jìn)行所述任務(wù)的切換。這說(shuō)明在該消息的處理中，源內(nèi)核線程消息發(fā)送和目的內(nèi)核線程進(jìn)行任務(wù)調(diào)度操作是異步關(guān)系。

再者，當(dāng)某個(gè)內(nèi)存頁(yè)面映射的屬性發(fā)生改變時(shí)，例如內(nèi)存頁(yè)面屬性由可寫變?yōu)橹蛔x時(shí)，就需要更新其它內(nèi)核線程的旁路轉(zhuǎn)換緩沖映射TLB(Translation?Lookaside?Buffer)，必須向所有的內(nèi)核線程發(fā)送處理器間中斷來(lái)刷新各內(nèi)核線程中TLB內(nèi)容，此時(shí)，源內(nèi)核線程消息的發(fā)送和目的內(nèi)核線程刷新TLB的處理必須是同步關(guān)系；否則，就會(huì)造成各內(nèi)核線程對(duì)內(nèi)存訪問(wèn)屬性不一致，從而可能會(huì)導(dǎo)致訪問(wèn)內(nèi)存數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。

在現(xiàn)有技術(shù)的多核處理器間的消息通信方法中，例如中國(guó)專利文件CN200510087321所述的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中多核處理器的核間通信方法，表述了源內(nèi)核線程將待發(fā)送消息封裝后，放入內(nèi)存的某個(gè)位置，然后觸發(fā)目的內(nèi)核線程虛中斷，通過(guò)管道通知目的內(nèi)核線程有消息到達(dá)；目的內(nèi)核線程從管道中解析出待處理消息的位置后，對(duì)消息進(jìn)行解包處理，并進(jìn)行下一步的操作。此時(shí)內(nèi)核線程間的消息通信方式是異步關(guān)系，而這種核間通信方法只能適用于不同內(nèi)核線程間運(yùn)行的操作系統(tǒng)任務(wù)或者內(nèi)核線程間的異步消息通信過(guò)程。

通過(guò)上述的舉例說(shuō)明，只有在多核處理器中根據(jù)一些關(guān)鍵的操作應(yīng)用類型，同時(shí)選擇內(nèi)核線程間同步或異步的消息通信，才能更好地提高多核處理器程序應(yīng)用的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性，特別當(dāng)在某種操作下不同內(nèi)核線程間既存在同步也存在異步關(guān)系時(shí)，或者內(nèi)核線程處于不同的狀態(tài)下接收到相同的消息時(shí)，依靠現(xiàn)有的內(nèi)核線程間消息通信方法就會(huì)有較為明顯的局限性。因?yàn)樵诂F(xiàn)有的多核多線程處理器系統(tǒng)消息通信方式中，還尚未考慮源內(nèi)核線程與目的內(nèi)核線程之間的消息發(fā)送和執(zhí)行操作的同步關(guān)系，以及各內(nèi)核線程之間在消息觸發(fā)下的相對(duì)關(guān)系。可見(jiàn)，在一些關(guān)鍵的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)中，內(nèi)核線程間這種單一的異步執(zhí)行操作往往無(wú)法滿足需要，而且由于操作的不同步還可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

因此，現(xiàn)有技術(shù)尚有待改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容