Типы ядер
Тип выбираемого ядра определяется как архитектурными особенностями конкретной аппаратной платформы, так и личными предпочтениями пользователя системы, обусловленными спецификой решаемых задач. Существует по меньшей мере пять основных критериев классификации ядер:
q тип платформы (Intel Pentium/Intel Itanium, Compaq SystemPro, AST Manhattan);
q количество процессоров (однопроцессорные и многопроцессорные ядра);
q количество установленной памяти (до 4 Гб, свыше 4 Гб);
q тип контроллера прерываний (APIC- и PIC-ядра);
q тип корневого перечислителя (ACPI- и не ACPI-ядра);
Очевидно, что ядро должно быть совместимо с целевым процессором на уровне двоичного кода и работать в наиболее естественном для него режиме (64-разрядный процессор, поддерживающий архитектуру IA32, сможет работать и со стандартным 32-разрядным ядром, но разумным такое решение не назовешь). Данная статья обсуждает вопросы оценки сравнительной производительности ядер в рамках одной аппаратной платформы и тема выбора процессора здесь не затрагивается.
Многопроцессорные ядра отличаются от монопроцессорных прежде всего тем, что они "видят" все установленные процессоры и умеют с ними взаимодействовать, возлагая эту задачу на специальный драйвер, встроенный в HAL. Также в них кардинально переработаны механизмы синхронизации. Если в монопроцессорных ядрах для предотвращения прерывания критичного участка кода достаточно всего лишь подтянуть IRQL в верхнему уровню или заблокировать прерывания командной CLI, то в многопроцессорных ядрах такая стратегия уже не срабатывает – ведь на всех остальных процессорах прерывания разрешены – и приходится прибегать к спинлукам (от английского spin lock – взаимоблокировка). Для защиты участка кода от вмешательства извне, система взводит специальный флаг, складывая поступающие запросы в специальную очередь. Естественно, это требует некоторого количества процессорного времени, что негативно сказывается на производительности, но другого выхода у нас нет. Значительно усложняется и схема диспетчеризации прерываний, ведь теперь один набор IRQ приходится делить между несколькими процессорами, а таблицы обработчиков аппаратных/программных прерываний поддерживать в согласованном состоянии. Изменения коснулись и планировщика, а точнее самой стратегии планирования потоков, которая может быть реализована как по симметричной, так и по асимметричной схеме. Симметричные ядра (а их большинство) – допускают выполнение каждого из потоков на любом свободном процессоре, асимметричные же – жестко закрепляют системные потоки за одним из процессоров, выполняя пользовательские потоки на всех остальных. Асимметричные ядра не входят в стандартный комплект поставки Windows NT и обычно предоставляются поставщиками соответствующего оборудования. Асимметричные ядра несколько менее производительны, чем симметричные (один из процессоров большую часть своего времени простаивает), однако, их намного сложнее "затормозить" и сколько бы прожорливых потоков ни запустил злобный хакер, администратор всегда может обезоружить их, ведь системные потоки выполняются на отдельном процессоре! Многопроцессорные ядра следует использовать только на многопроцессорных системах, в противном случае, мы значительно проиграем в производительности, причем, многопроцессорные материнские платы с одним процессором на борту требуют специального унипроцессорного ядра (uniprocessor kernel), а работоспособность однопроцессорных ядер в такой конфигурации никем не гарантирована (хотя обычно они все-таки работают).
