ОC РВ Эльбрус в бортовых системах реального времени Перспективы развития Евгений Кравцунов kravtsunov_e@mcst.ru. - презентация

1 ОC РВ Эльбрус в бортовых системах реального времени Перспективы развития Евгений Кравцунов

2 Agenda * Компоненты ОС РВ Эльбрус * Особенности архитектуры * Реальное время * Энергопотребление * Рыночная ниша * Измерения производительности * ARINC-653 и микроядерная архитектура ОС * Виртуализация и облака

3 Компоненты ОС РВ Эльбрус Debian 5.0 Lenny Debian 7.0 Wheezy Glibc-2.7 Linux Glibc-2.16 Linux e2k

4 Компоненты ОС РВ Эльбрус Debian 5.0 Lenny Debian 7.0 Wheezy Glibc-2.7 Linux Glibc-2.16 Linux-3.10 lcc == gcc binutils e2k

5 Компоненты ОС РВ Эльбрус Debian 5.0 Lenny Debian 7.0 Wheezy Glibc-2.7 Linux Glibc-2.16 Linux-3.10 lcc == gcc binutils e2k

6 Особенности архитектуры * Широкая команда * 80-битная арифметика * Тэги, защищенный режим

7 Особенности архитектуры Широкая команда: Слог заголовка:HS \ Слог коротких операций:SS | Слоги AL каналов: ALS0 | … ALS5 | фрагмент f1 Слоги управления: CS0 / CS1 > фрагмент f2 средняя точка Полуслоги расширения:ALES0 \ … ALES4 | фрагмент f3 Полуслоги каналов обращения к массивам:AAS0 | … AAS5 / «Дыра» для выравнивания команды: 0 / 0.5 / 1 / 1.5 слогов Литеральные слоги:LTS3 \ … LTS0 | Слоги предикатов логических каналов:PLS2 | фрагмент f4 PLS1 | PLS0 | Слоги условного выполнения:CDS2 | CDS1 | CDS0 / «длина команды»

8 Особенности архитектуры Пример широкой команды (дизассемблер): ! function fbBlt, entry = 70162, value = 0x53ab40, size=0x10850, sect = ELF_TEXT num = 10 … 1420 HS ec M_5414b8: loop_mode SS 806f24a0 ct %ctpr1 ? #NOT_LOOP_END ipd 2 abn abnf=1, abnt=1 abp abpf=1, abpt=1 alc alcf=1, alct=1 ALS0c80be913 pandd, 0, sm, %db[11], %dg9, %db[19] ALS1cb15e80b pxord, 1, sm, %db[21], %dg8, %bd[11] ALS391c81412 addd, 3, sm 8, %db[20], %db[18] ? pcntl ALS491c01415 addd, 4, sm 0, %db[20], %db[21] ALS52117c013 std, 5 %db[19], [%db[23] + 0] ALES01c001c0 AAS movad, 1 area=0, ind=0, am=1, be=0, %db[1] CDS rlp, cd00 %pcntl, > alc3

9 Особенности архитектуры tagidкомментарий 00 tagnvs Числовой тип одинарного формата или составляющее слово числового типа двойного, расширенного или квадро форматов. 01 tagaddr32 Специальный тип одинарного формата. 10 tagaddr64 Составляющее слово адресного типа двойного формата. 11 tagaddr128 Составляющее слово адресного типа квадро формата. Коды тегов одинарного слова: Тип DT (Diagnostic Type) состоит из DW (Diagnostic Word): itag = 1 Тип ET (Diagnostic Type) состоит из DW (Diagnostic Word): itag = 0 xxtag itag t1-t0

10 Особенности архитектуры Плюсы: Высокая производительность на вычислительных задачах Поддержка защищенных вычислений Минусы: Большое время входа в прерывание и системный вызов Энергопотребление (R-stall)

11 Особенности архитектуры Debian 5.0 Lenny Glibc-2.7 Linux Плюсы libm, libeml Высокая производительность на вычислительных задачах Поддержка защищенных вычислений 2013 e2k

12 Особенности архитектуры Debian 5.0 Lenny Glibc-2.7 Linux Минусы Большое время входа в прерывание и системный вызов Энергопотребление (R-stall) 2013 e2k

13 Особенности архитектуры Регистры TIR содержат информацию о нескольких последних командах, то есть о заключительной части трассы выполнения. Трасса собирается во время выполнения программы и «замораживается» при входе в прерывание. После этого информация о трассе доступна для операций чтения регистров. «Размораживание» TIR – запись в регистр TIR. 1 TIR – квадро-слово (TIRlo, TIRhi). Количество регистров TIR: TRAP_NUM = 19. j aa al 430 exc hi: lo: 470 ip 63

14 Особенности архитектуры Формат 0-го слова: Формат 1-го слова: Формат 2-го слова: ReservedVirtual Address 63 tagData 0 rcvrdst_rcvclwemptnum_alignmiss_lvl fault_typechanpmspecsruscal rootmass_fmode_80ropcode store 1410 dst 9 0 Cellar («Подвал»)

15 Особенности архитектуры parse_TIR_registers do_trap_cellar: 1)do_page_fault 2)execute_mmu_operations Вход для прерываний Выход: обратно к приложению Обработка исключительной ситуации exc_data_page:

16 Особенности архитектуры Минусы: Большое время входа в прерывание и системный вызов Энергопотребление (R-stall)

17 Реальное время Debian 5.0 Lenny Glibc-2.7 Linux Ingo Molnar: 1) Замена spinlock на raw_spin_lock и rt_mutex 2) Введение irq_thread 3) Исполнение прерываний на irq_thread MCST RT patch: 1) Специальный протокол быстрого обмена данными по сети при подключении точка - точка (драйверы сетевых контроллеров) 2) Устранена семафорная глобализация для сетевых устройств 3) Реальная резидентация всей памяти процесса после вызова mlockall 2013 e2k

18 Реальное время Debian 5.0 Lenny Glibc-2.7 Linux MCST RT patch: 4) Масштабирование потоков обработки сетевых прерываний по устройствам а не по CPU 5) Динамическое включение режима жесткого реального времени 6) Запрет миграций и балансировки потоков с возможностью исполнения потоков из общей очереди для всех CPU и/или для NUMA узла 2013 e2k

19 Энергопотребление Debian 5.0 Lenny Glibc-2.7 Linux Аппаратная поддержка: 1) Остановка конвейера команд при возникновении R-stall до момента получения значения из памяти 2) Поддержка программного отключения дешифрации и синхроимпульса на процессорных ядрах 3) Регистры ACPI Fixed 2013 e2k

20 Энергопотребление Debian 5.0 Lenny Glibc-2.7 Linux Программная поддержка: 1) Пассивное охлаждение: CPU_HOTPLUG 2) Динамическое управление энергопотреблением в состоянии idle (cpufreq, cpuidle) 3) Управление переходами между состояниями С-states, P-states c использованием ACPICA 2013 e2k

21 Рыночная ниша 1) Бортовые системы (сложные встраиваемые системы, сочетающие в себе одновременно интенсивный обмен данными и вычисления) 2) Высокопроизводительные серверы, предназначенные для работы с большими данными

22 Измерения производительности Кол-во цикловЦП05 БТ ЦП06 БТ33-206АМПОН-А БЦВМ Эльбрус-2c+ (Монокуб) ОС РВ Багет 2.0 ОС РВ Багет 3.0 Linux elbrus MIPS103.2 MIPS99.2 MIPS58.7 MIPS MIPS (с оптимиза­ цией -O MIPS) MIPS102.2 MIPS97.3 MIPS56.6 MIPS296.0 MIPS Whetstone 1.0

23 Измерения производительности Кол-во цикловЦП05 БТ ЦП06 БТ33-206АМПОН-А БЦВМ Эльбрус-2c+ (Монокуб) ОС РВ Багет 2.0 ОС РВ Багет 3.0 Linux elbrus DpS 37 VAX MIPS rating DpS 130 VAX MIPS rating DpS 123 VAX MIPS rating DpS 56 VAX MIPS rating DpS 455 VAX MIPS rating DpS 37 VAX MIPS rating DpS 128 VAX MIPS rating DpS 124 VAX MIPS rating DpS 56 VAX MIPS rating DpS (с оптимиза­ цией -O DpS) 414 VAX MIPS rating (-O3 759 VAX MIPS rating) Dhrystone 1.0

24 Измерения производительности Результат бенчмарка СМLPDSWSST «ОСРВ- Эльбрус» Монокуб (e2k) 500 МГц 2 CPU Iterations/Sec MFLOPS (eml) DpS 759 VAX MIPS rating MWIPS МБ/c Copy: Scale: Add: Triad: threads: 2 «ОСРВ- Эльбрус» x86 Intel Atom 330 (1600 МГц) 4 CPU Iterations/Sec MFLOPS DpS VAX MIPS rating MWIPS МБ/c Copy: Scale: Add: Triad: threads: 4 Debian Wheezy ARM SoC AllWinner A20 DualCore ARM CortexA7 (ARMv7l 1000 МГц) 2 CPU Iterations/Sec MFLOPS DpS VAX MIPS rating MWIPS МБ/c Copy: Scale: Add: Triad: threads: 2

25 Измерения производительности Результат бенчмарка СМLPDSWSST «ОСРВ- Эльбрус» Монокуб (e2k) 500 МГц 2 CPU Iterations/Sec MFLOPS (eml) DpS 759 VAX MIPS rating MWIPS МБ/c Copy: Scale: Add: Triad: threads: 2 «ОСРВ- Эльбрус» x86 Core2Quad (2660 МГц) 4 CPU Iterations/Sec MFLOPS DpS VAX MIPS rating MWIPS МБ/c Copy: Scale: Add: Triad: threads: 4 «ОСРВ- Эльбрус» x86 Pentium R DualCore (2520 МГц) 2 CPU Iterations/Sec MFLOPS DpS VAX MIPS rating MWIPS МБ/c Copy: Scale: Add: Triad: threads: 2

26 ARINC-653 и микроядерная архитектура ОС image Kernel 653 Сервер устройства Сервер ARINC-653 Сервер gdb Health monitor Partition 1Partition 2 Process 1Process 2Process 1

27 Виртуализация и облака Debian 5.0 Lenny Debian 7.0 Wheezy Glibc-2.7 Linux Glibc-2.16 Linux e2k

28 Виртуализация и облака Debian 5.0 Lenny Debian 7.0 Wheezy Glibc-2.7 Linux Glibc-2.16 Linux e2k KVM (paravirt) QEMU-KVM

29 Q&A