[发明专利]用于在多处理器环境中管理对共享资源的存取的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在多处理器或者多计算机环境内，甚至在这些处理器正工作在物理并行状态时，管理对共享资源的存取的方法。为了在采用这种并行环境的多任务应用程序内使进程的运行可靠化或者优化，这种存取管理对于执行对这种资源(例如共享内存)的存取控制特别有用。

背景技术

通常，设计和使用并行环境是为了利用现有的硬件单元获得更加强大的计算能力。这多半应用于完成主要为此目的所设计的技术或者科学应用中的繁重且复杂的计算。

这种环境可以通过将多个处理器集成在单个计算机中来产生，该计算机将它所需要的计算工作分配给这些处理器。有时候也将几个计算机组合在网络中并且加以管理，以便在它们之间共享一定的工作量，而几乎没有或者完全没有用户的干预。

当这些不同的具体的单元、处理器或者计算机能够同时从事随后将被重新排序的不同任务时，就使用物理并行这一术语，例如，它与通过在几个虚拟工作区中共享单个单元的工作时间所模拟的并行是相反的。

包括多处理器或者多个计算机的具备物理并行能力的现有环境，多半是为了获得最大的整体计算能力而设计和优化的。为此，不同单元尽可能地分离工作，并且它们之间几乎不存在协调。

例如，出于成本或者灵活性的原因，常常要探寻以单独的或者编组的微型计算机或者工作站来取代大型中央计算机。这种机器存在于为了获取更大能力而并行工作的微处理器方案中，或者可以为了并行工作在网络内而编组，该网络自身相对于外部而言构成了单个并行工作环境，即相对于外部而言相当于单个响应者。

因此，使用这种并行环境来执行不同于完全繁重的计算应用程序或者与之相比更加多样化的应用程序，特别是在公司管理域内或者工作站网络中亦或在通信网络中的公共的事务型多任务应用程序，可能会让人很感兴趣。

然而，由于这些操作系统或者这些应用程序都是为了单处理器机器设计的，它们往往并非为了管理实际上同时执行的两个任务之间的接口而设计，对于物理并行而言通常就是这样。因此，当同时执行的几个任务必须存取单个数据时(“竞争状态”)，由一个任务所读取的结果可能会随着在该次读取之前或之后是否由另一个任务进行了修改而大不相同。

此外，大部分多任务操作系统都不是为了管理工作在实际并行状态的环境而设计的，更不必说管理直接存取的共享资源了。在共享存取的类型之中，那些通过程序指令寻址的可存取的类型，诸如最初由“映射(map)”类指令定义的共享内存区，可以取得直接存取的资格。

通常，几个并行任务通过直接存取对这类共享资源的存取一般不大需要或者根本不需要系统软件来管理，这和需要系统调用的其他共享资源，诸如利用“打开(open)”、“读取(read)”或者“写入(write)”这一类的系统调用来传递“管道(pipe)”或者“套接字(socket)”类消息的资源是相反的。所以，在多数情况下，管理通过直接存取对共享资源的存取多半甚至几乎完全是并行环境中应用程序的任务。

在这类环境中，现有应用程序的用途并非为此设计，所以为此目的即使只对这些应用程序略做修改或者根本不做修改(“传统应用程序”)，就常常会造成许多问题。有时候，例如由于在单个应用程序中不同任务之间存在不受管理的接口，执行就可能是随机的乃至是不可能的。

发明内容

本发明的一个目的在于允许在并行环境内管理或控制对共享资源的多任务存取，其是更加广泛、或者更加灵活或者更好执行的。

即使应用程序的运行是可能的，其执行往往包括可能给实现该应用程序的运行管理造成问题的非确定性方面。可以寻求这样的运行管理以便能够在一个或多个计算机内可靠化(reliabilize)、跟踪或者调试或分配(“负载均衡”)这种应用程序的执行，不管这些计算机是孤立的还是以例如“簇(clusters)”的方式组网的。

然而，为了能够随后以类似乃至相同的方式对一个或多个任务的运行进行重放，这类运行管理往往包括记录这些任务的运行。为了执行记录或者重放操作同时限制这样所带来的性能损失，有利的是该运行尽可能地包括与被管理的任务或者被管理的应用程序相比具有确定性的操作，特别是在这些操作返回的结果中。

因此，为了使得在包括并行结构的一个或多个硬件环境中能够以这种方式管理这种应用程序，能够获得在该应用程序中执行的尽可能多的操作的确定性的工作状态是非常重要的。

本发明的一个目的还在于获得并行环境中存取共享资源的所有操作或某些操作的确定性的工作状态。