Latenzgewahrheit in Betriebssystemen für massiv-parallele Prozessoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder-Preikschat
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188499432

LAOS untersucht Gegenmaßnahmen zu Latenzen bei der Synchronisation gleichzeitiger und speichergekoppelter Prozesse. Dabei bildet Vorbeugung die erste Stufe, nämlich durch konstruktive Maßnahmen zur Entwicklungszeit der Systemsoftware spätere Prozesslatenzen zur Laufzeit überhaupt nicht erst entstehen zu lassen. Wo Vorbeugungsmaßnahmen allein nicht helfen, ist es in zweiter Stufe das Ziel, zumindest zu starke Schwankung in der Prozesslatenz zu vermeiden. Wenn auch solche Maßnahmen zur Vermeidung stark schwankender Prozesslatenzen nicht greifen, wird in dritter Stufe versucht, diese Latenzen wenn möglich zu verbergen. Analytische Verfahren, die also Prozesslatenzen kontinuierlich messen beziehungsweise beobachten und durch Einplanung versuchen zu nivellieren oder minimieren, sind nicht Thema des Projektes.Schwerpunkt der Projektfortsetzung bildet Latenzverbergung durch sogenannte abgeschirmte Abschnitte. Im Gegensatz zur konventionellen Implementierung kritischer Abschnitte, unterliegen abgeschirmte Abschnitte nicht dem wechselseitigen Ausschluss gleichzeitiger speichergekoppelter Prozesse. Stattdessen hinterlassen wettstreitige Prozesse sequentiell auszuführende Aufträge für einen Prozess, der die Passage durch den kritischen Abschnitt kontrolliert. Die Aufträge kommen auf eine Warteschlange, die wartefrei synchronisiert bedient wird. Der Prozess, der mit seinem Auftrag auf einen inaktiven abgeschirmten Abschnitt trifft, aktiviert diesen und übernimmt die Kontrolle über die Abarbeitung der Warteschlange. Wettstreitige Prozesse passieren einen abgeschirmten Abschnitt immer nichtblockierend und wartefrei. Bei Bedarf blockieren sie jedoch durch Bedingungssynchronisation auf das Ereignis der Zuweisung eines Wertes des diesen Abschnitt entsprechenden Basisblocks an einen Platzhalter. Zur Unterstützung abgeschirmter Abschnitte entsteht ein wartefrei synchronisierter Betriebssystemkern, der die erforderliche minimale Basis von Systemfunktionen zur Bedingungssynchronisation vorranggesteuerter Prozesse bereitstellt.Das Vorhaben geht aus von existierendem Wissen zum Schutz kritischer Abschnitte in nichtsequentiellen Programmen im Allgemeinen und Betriebssystemprogrammen im Speziellen. Es trifft die Grundannahme, dass die durch abgeschirmte Abschnitte ermöglichte Asynchronität der sequentiellen Ausführung kritischer Abschnitte die Leistung nichtsequentieller Programme verbessert, indem einerseits der Grad paralleler Prozesse erhöht und andererseits zeitliche wie auch räumliche Lokalität in Bezug auf Zwischenspeicheraktionen vielkerniger Prozessoren gestärkt wird. Hinterfragt wird der spezielle Zusammenhang zwischen Strategien der Prozesseinplanung und Varianten des Ein-/Austrittsprotokolls abgeschirmter Abschnitte. Ebenfalls hinterfragt wird der allgemeine Zusammenhang zwischen Neu- und Altsystem in Bezug auf Anwendbarkeit, Übertragbarkeit und Generalisierung der entwickelten Konzepte und Techniken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen