आधुनिक I / O डिवाइस प्रोसेसर से तेज हैं। लेख अवलोकन

मैं लेख के बारे में बात करना चाहता हूं "I / O क्या सीपीयू से तेज़ है - चलो विभाजन संसाधन
और (अधिकांश) OS Abstracts को हटा दें , स्केलाबीडी, पेक्का एनबर्ग के डेवलपर्स में से एक के निजी पेज पर प्रकाशित। मुझे वीडियो से इसके बारे में पता चला।

इस लेख के लेखक 12-15 मई, 2019 को HOTOS17 (ऑपरेटिंग सिस्टम में हॉट टॉपिक्स) कार्यशाला में एक प्रस्तुति देने वाले थे। जहां तक ​​मैं समझता हूं, वे अपने जीवन के शुरुआती चरणों में वहां के विकास पर चर्चा कर रहे हैं।

मेरा लेख इस विषय पर सोचने और टिप्पणियों में सोचने के लिए जिज्ञासु दिमागों को उत्तेजित करने के लिए समाचार है।

सामान्य बिंदु

तेजी से प्रोग्राम करने योग्य नेटवर्क कार्ड और गैर-वाष्पशील मेमोरी वाले सर्वरों पर I / O वाष्पशील रैम की गति के साथ आता है, और एक प्रोसेसर कोर की गति बनी रहती है। अनुप्रयोग आधुनिक हार्डवेयर का लाभ नहीं उठा सकते क्योंकि धीमी I / O सिस्टम से जुड़े अमूर्त पर निर्मित इंटरफेस का उपयोग करने के लिए मजबूर किया गया।

लेखकों ने अपने स्वयं के ओएस संरचना का प्रस्ताव किया है जिसे पैराकार्लिन कहा जाता है, यह ओएस के अधिकांश सार को समाप्त करता है और अनुप्रयोगों के लिए एक इंटरफ़ेस प्रदान करता है ताकि वे उपकरण की पूरी क्षमता का उपयोग कर सकें। Parakburn सुरक्षित रूप से संसाधनों को साझा करने और साझा संसाधनों को बहुसंकेतन करके अनुप्रयोग-स्तरीय संगामिति की सुविधा प्रदान करता है।

आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम की वास्तुकला का आविष्कार तब किया गया था जब I / O की गति बहुत कम थी, और अनुप्रयोग I / O की प्रतीक्षा कर रहे थे। वर्तमान में, I / O डिवाइस आसानी से प्रोसेसर को संतृप्त कर सकते हैं।

लेखकों के अनुसार, आधुनिक नेटवर्क स्टैक प्रति पैकेज बहुत अधिक काम करते हैं। इसके अलावा, ऑपरेटिंग सिस्टम आम तौर पर POSIX सॉकेट एपीआई को लागू करते हैं, जिसमें संदर्भ स्विचिंग और सीपीयू कैश प्रदूषण की उच्च लागत होती है।

हार्डवेयर पूर्वापेक्षाएँ

एक आधुनिक 40 जीबीपीएस नेटवर्क कार्ड हर 5 एनएस पर कैश लाइन के साथ एक पैकेट प्राप्त कर सकता है, और एलएलसी (अंतिम स्तर कैश) प्रोसेसर तक पहुंचने में देरी लगभग 15 एनएस है।

उदाहरण के लिए, लिनक्स ने POSIX AIO इंटरफ़ेस विकसित किया, जो एक सरल और कुशल एसिंक्रोनस I / O इंटरफ़ेस प्रदान करना चाहिए। POSIX शब्दार्थ के संरक्षण के साथ इस तरह के एक इंटरफेस का कार्यान्वयन, समर्थन और आवेदन बहुत मुश्किल हो गया और इसे नए io_uring के पक्ष में छोड़ दिया गया।

प्रस्तावित समाधान क्या है

नई ओएस संरचना, जिसे लेखक पैराकार्लिन कहते हैं, को कार्य समानांतर बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। संसाधनों को अनुप्रयोगों के लिए आवंटित किया जाता है और उन पर पूरा नियंत्रण होता है, जिन संसाधनों को साझा नहीं किया जा सकता है उन्हें कर्नेल द्वारा गुणा किया जाता है।

मल्टी-कोर सिस्टम में संसाधन साझा करने के लिए प्रोसेसर कोर के बीच सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता होती है, जो एप्लिकेशन स्तर पर संगामिति को रोकता है। प्रोसेसर कोर के बीच संसाधनों को विभाजित करके इस बाधा को कम किया जा सकता है।

परिणाम

कुछ ऑपरेटिंग सिस्टम सार I / O प्रदर्शन को सीमित करते हैं। लेखक एक ओएस संरचना प्रस्तुत करते हैं जो साझा संसाधनों और मल्टीप्लेक्स साझा संसाधनों को साझा करता है। Parakernel एप्लिकेशन-स्तर की समसामयिकता को सरल करता है, और थ्रेड-टू-कोर डिज़ाइन को पूरक करता है।

प्रोटोटाइप पैराकॅर्न रस्ट में लिखा गया है और वर्तमान में विकास के अधीन है। लेख में मैंने ऑपरेटिंग सिस्टम का नाम नहीं देखा था, लेकिन मुझे मटिकोर ऑपरेटिंग सिस्टम के लेखकों में से एक से अन्य सामग्री मिली और मैं निष्कर्ष निकालता हूं कि यहां इस विकास का भंडार है।

बाकी दुनिया में क्या है

जैसा कि यह पता चला है, प्रोसेसर के निर्माता सो नहीं रहे हैं और अपने उत्पादों और उपभोक्ताओं के बीच धीमी परत की समस्या को हल करने की कोशिश कर रहे हैं। इतने सारे लोग ऑपरेटिंग सिस्टम के कर्नेल के रूप में प्रदर्शन की अड़चन को पसंद नहीं करते हैं।
इंटेल से दिलचस्प नवाचार, जिसके बारे में और अधिक इस लेख में पाया जा सकता है। यहाँ इसका एक अंश दिया गया है:

• इंटेल वॉल्यूम मैनेजमेंट डिवाइस (इंटेल वीएमडी) - आपको एनवीएम एक्सप्रेस ड्राइव के साथ सीधे काम करने की अनुमति देता है, डिवाइस को सीधे स्टोरेज सिस्टम पर "दे" देता है। नतीजतन, एक पूर्ण विकसित-swappable SSD, स्थिति संकेत और Intel VROC प्रौद्योगिकी का उपयोग संभव हो गया।
• CPU (Intel VROC) पर Intel वर्चुअल RAID। आपको प्रोसेसर का उपयोग करके NVMe ड्राइव से RAID बनाने की अनुमति देता है, इसके साथ आप उच्च गति PCIe SSD के सरणियों को बनाने के लिए सॉफ़्टवेयर समाधान या अतिरिक्त एडाप्टर को मना कर सकते हैं।
• इंटरनेट वाइड-एरिया RDMA प्रोटोकॉल (iWARP)। RDMA एक्सटेंशन अब Intel X722 एकीकृत नेटवर्क एडेप्टर द्वारा समर्थित है, क्योंकि प्रोसेसर चार 10-गीगाबिट (या गीगाबिट) ईथरनेट पोर्ट का समर्थन करता है। आपको याद दिलाता हूं कि आरडीएमए नेटवर्क से डेटा तक पहुंच सीधे मेमोरी से प्राप्त करता है, कर्नेल और ऑपरेटिंग सिस्टम को दरकिनार करता है।

पहले से ही निहित प्रणालियों में नई अवधारणाओं के बारे में सीखना हमेशा बहुत दिलचस्प होता है।

कृपया बग और आवश्यक परिवर्धन के बारे में लिखें।

UPD : इस लेख में समुदाय द्वारा संशोधन किया जा रहा है।

मदद के लिए धन्यवाद:

• red75prim POSIX AIO
• ArsMak ने एक बग तय किया
• VROC और iWARP की समीक्षा के बारे में Nikobraz सलाह

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