31、多核处理器虚拟化与物理活动监测技术解析

多核处理器虚拟化与物理活动监测技术解析

一、SPUMONE：多核处理器虚拟化层介绍

SPUMONE 是一个用于多核处理器虚拟化的层，旨在实现多操作系统的高效运行，同时平衡实时性、性能和能耗。

1.1 系统架构与基础运行机制

在当前的实现中，采用 Toppers2 作为实时操作系统（RTOS），Linux 作为通用操作系统。并且对 SMP Linux 进行了修改，使其能够利用 SPUMONE 提供的多个虚拟核心，从而充分发挥多核处理器的性能。
- 实时操作系统核心状态 ：实时操作系统的虚拟核心在空闲状态下没有任务可执行。进程或任务调度由操作系统负责，每个操作系统的调度模型保持不变。当接收到中断时，空闲的实时操作系统会恢复执行。
- 通用操作系统核心调度 ：当分配给通用操作系统的虚拟核心迁移到共享核心上执行时，这些核心将使用分时调度器进行调度。

SPUMONE 已在 Hitach/Renesas RP1 实验性多核板上实现，该处理器包含四个 SH4 - A 核心，可与共享内存进行通信。目前，Linux、Toppers 和 OKL4 都能在 SPUMONE 上运行，并且对客户操作系统的修改通常少于约 100 行代码。在单核心和多核处理器上同时运行 Linux 时，Toppers 的最坏情况中断延迟小于 35µs。

1.2 动态多核管理

SPUMONE 采用分布式模型设计，为每个物理核心分配一个专用的 SPUMONE 实例，以消除多个 CPU 核心之间同步的不可预测开销。这种设计还使得单核心和多核版本可以共享基本的锁机制，简化