Çok çekirdekli mimari üzerinde gerçek zamanlı görev zamanlama ve iletişim yönetim algoritmalarının birlikte tasarımı

Abstract

İşlemci mimarilerinin fiziksel sınırlara yaklaşması, ticari ve akademik süreçlerde kullanılan tüm bilgisayar sistemlerinde koşut sistemleri zorunlu hale getirmiştir. Koşut sistemler, bir amaca hizmet etmek üzere çok sayıda işlemcinin bir topoloji kapsamında bir araya getirildiği bilgisayar sistemleridir. Söz konusu amaç belirlenen bir problemin çözülmesi veya bir sistemin hizmet sağladığı görevlerin dağıtılması olabilir. Bu sistemler üzerindeki işlemciler dağıtılmış veya paylaşımlı kaynakları kullanabilirler ve dağıtılmış bellekli sistemlerde işlemciler konumlandırılmış olan bir sistem alan ağı üzerinden aralarında veri paylaşımı sağlarlar.Genel yaklaşımda, bilgisayar sistemlerinin en temel başarım ölçütleri sırasıyla doğruluk ve etkinlik olarak tanımlanabilir. Genelleştirilmiş bir sistem görevinde doğruluk sadece çıktıların doğruluğu ile ölçülmektedir ve sistemlerin anlık yoğunluğuna göre görevlerin tamamlanmasının gecikebilmesi kabul edilebilir bir durumdur. Gerçek zamanlı sistemler, zamanlılık esasıyla çalışan özelleşmiş bilgisayar sistemleridir ve bu sistemler üzerindeki tüm görevlerin, belirlenmiş zaman sınırı öncesi tamamlanması beklenmektedir. Bu sistemlerde gerçekleştirilen gerçek zamanlı bir görevin zamanında gerçekleştirilmemesi sistemin yanlış çalışmasına sebep olur ve sistemin çalışma alanına bağlı olarak felakete varan sonuçlar doğurabilir. Gerçek zamanlı sistemler başta savunma ve sağlık olmak üzere birçok kritik süreçlerde kullanılan bilgisayar sistemleridir ve günümüzde değişen eğilimler söz konusu sistemlere olan ihtiyaçları arttırmaktadır. Bununla birlikte gerçek zamanlı sistemlerin artan ve değişen ihtiyaçlar doğrultusunda karmaşıklaşması, sistemlerde gereksinim duyulan işlem gücünü de artırmaktadır. Tez kapsamında yapılan çalışmada, gerçek zamanlı sistemlerle uyumlu ve çok işlemcili ve dağıtılmış bellekli bir yonga mimarisi ve yonga üzeri ağ yapısı önerilmiştir ve önerilen ağ yapısı üzerinde işletilecek belirlenebilir ve tahmin edilebilir bir iletişim örüntü kümesi tanımlanmıştır. Önerilen iletişim örüntülerinin tahmin edilebilir tasarlanmasından faydalanılarak iletişim süreçleri de gerçek zamanlı görevler olarak ele alınmıştır ve hem iletişim hem de işlem görevlerini birlikte yöneten zaman odaklı bir görev zamanlama algoritması ortaya koyulmuştur. Sistemin iletişim katmanında yonga üzeri fotonik ağlar gibi yeni ve gelecek vaat eden teknolojilerden faydalanılmıştır. Sistemin başarımını ölçmek amacıyla, sistem üzerinde gerçek zamanlı sistemlerden seçilmiş dünya problemleri üzerinden teorik ve benzetim çalışmaları yapılmıştır. Yapılan çalışma sonuçları, önerilen sistem mimarisi ve üzerinde tanımlanan iletişim ve yönetim algoritmalarının gerçek zamanlı sistemler için uygun ve yüksek başarımlı bir yaklaşımı ortaya koyduğunu göstermiştir.

The reach of processor architectures to physical boundaries has made parallel systems mandatory in all computer systems used in commercial and academic processes. Parallel systems are the computer systems in which a large number of processors are brought together in a topology to serve one purpose. That purpose may be resolving a problem identified or distributing tasks that a system provides. The processors on these systems can use distributed or shared resources and in distributed memory systems the processors shares data between them over a system area network.In the general approach, the most basic performance measures of computer systems can be defined as accuracy and effectiveness. In a generalized system task, accuracy is only measured by the accuracy of outputs, and it is acceptable to delay the completion of tasks according to the instantaneous load of the systems. Real-time systems are specialized computer systems that operate on a timely basis and all tasks on these systems are expected to be completed before their deadlines. Failure to perform a real-time task on time in these systems causes the system to operate improperly and may results apocalyptic results, depending on the system's domain. Real-time systems are computer systems that are used in many critical processes, primarily defense and health, and today, changing trends are increasing the needs of such systems. However, the complexity of real-time systems with increasing and changing needs also increases the processing power required for systems.In the thesis study, a chip architecture and nework-on-chip structure with multi-processor and distributed memory compatible with real-time systems is proposed and a deterministic and predictable set of communication patterns to be operated on the proposed network structure is defined. In the study communication processes are also considered as real-time tasks and a time-based task scheduling algorithm that manages both communication and transaction tasks has been put forward by taking advantage of the predictable communication patterns. In the communication layer of the proposed system, today's new and promising technologies such as photonic networks on chip have been utilized. In order to measure the performance of the system, theoretical and simulation studies on the proposed system have been carried out problems selected real time systems. The results of the study show that the proposed system architecture and the communication and management algorithms described above provide a suitable and high performance approach for real-time systems.