단일프로세서 실시간 커널을 SMP 커널로 재구성하는 기법

Abstract

최근 멀티프로세서는 높은 클럭 속도의 단일프로세서와 비교할 때 같은 성능을 내면서도 전력소모 및 크기, 비용을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 그 수요가 증가하고 있다. 임베디드 환경에서도 고성능, 고사양을 요구하는 다양한 응용 프로그램이 등장함에 따라 이러한 요구를 만족하기 위해 멀티프로세서 사용이 증가하는 추세이다. 그러나 기존 단일프로세서를 기반으로 하는 커널은 멀티프로세서 환경을 지원하지 못함으로써 이를 효과적으로 관리 및 지원하기 위한 운영체제에 대한 관심이 날로 높아져가고 있다. 멀티프로세서는 크게 프로세서 및 메모리 구성방식에 따라 분류된다. 본 연구에서는 SMP(Symmetric Multi-Processing)방식의 멀티프로세서 구조를 기반으로 하는 커널 연구에 초점을 둔다. 일반적으로 멀티프로세서 기반 커널을 설계 및 개발하기 위해서는 많은 인력과 비용이 요구된다. 따라서 기존 단일 프로세서 기반의 커널을 멀티 프로세서용 커널로 재사용하는 것이 비용 측면에서 바람직하다고 할 수 있다. SMP 구조에서는 다수의 프로세서가 커널의 중요 데이터를 동시에 접근할 수 있다. 따라서 시스템의 정상적인 실행을 보장하기 위해서는 커널의 공유 데이타를 적절히 보호하는 것이 핵심적인 사항으로써 이에 대한 많은 선행 연구가 진행된바 있다. 본 연구에서는 임베디드 시스템 환경에서의 단일프로세서 실시간 커널을 SMP 커널로 재구성하는 효과적인 기법을 연구하였다. 또한 이를 기반으로 임베디드 SMP용 커널인 SPRIX(Symmetric Parallel Real-tIme KernelS)를 구현하여 실험을 통해 그 유용성을 입증하였다.; In these days, the demand of multiprocessors increases because a multiprocessor has many advantages, such as lower power consumption, smaller size and lower cost, over single processor with higher clock frequency. There are various applications that requires high performance in embedded systems. In order to satisfy this, multiprocessors are used more. However, the kernel based on single processor cannot support the multiprocessor environment. So they are interested in the kernel that support it effectively. Multiprocessor system is categorized by configurations of processor and memory. In this study, we focus on the SMP kernel based on the multiprocessor. Traditionally, it is so expensive to develop a kernel for multiprocessor. Numbers of human resources and costs are needed. So, from the point of view of cost, it is useful to reuse the previous single processor kernel for mulprocessor. In the structure of SMP, Many processors can access to critical data of kernel. Hence, it is important to guarantee the reliable operation of kernel by protection of shared data. There are many prior research of this issue. In our study, we propose the efficient technique to reconstruct a single-processor real-time kernel for embedded system to symmetric multiprocessor kernel. And then, we implement the embedded SMP kernel, called SPRIX (Symmetric Parallel Real-tIme KernelS), using this technique and we show its usefulness by the performance evaluation.