Trix : um sistema operacional multiprocessado para transputers, com gerencia distribuida de processos

Abstract

O trabalho em torno do sistema TRIX visa desenvolver um sistema operacional multiprocessado experimental, para servir de base a futuros trabalhos de pesquisa em sistemas operacionais e processamento paralelo. Como características essenciais do sistema tem-se simplicidade, desempenho e compatibilidade com UNIX. Com o sistema operando em vários processadores, pode-se fazer experiências de muitos tipos em processamento paralelo, como por exemplo, ensaios de distribuição de carga, avaliações de desempenho, implementação de linguagens paralelas ou distribuídas, ,bancos de dados, sistemas dedicados, etc. Ao construir o sistema TRIX, decidiu-se usar o código fonte de um sistema já pronto e funcionando, para encurtar o tempo de desenvolvimento. Optou-se pelo MINIX, que é um sistema bem estruturado, dividido em camadas de processos seqüenciais que se comunicam por troca de mensagens. Mais que isso, 0 MEND( a compatível com o UNIX versão 7 e o seu c6digo fonte pode ser usado para fins acadêmicos sem ferir o seu Copyright. Foi necessário porem dotar o MINIX de características distribuídas, para o controle de uma arquitetura multiprocessada. projeto e implementação destas características é o assunto deste trabalho. Inicialmente são avaliados os sistemas operacionais multiprocessados encontrados na literatura, de maneira a auxiliar no projeto do TRIX. Entre os detalhes estudados estão as diferenças entre sistemas paralelos e distribuídos, a comunicação entre seus processos e sua forma de distribuição. São apresentados os microprocessadores do tipo transputer, com seus mecanismos de criação e comunicação de processos implementados em hardware. Também é detalhado o sistema operacional MINIX, com sua construção em camadas, com processos servidores e clientes e suas estruturas de controle. 0 sistema foi projetado tentando maximizar a sua flexibilidade, escalabilidade e disponibilidade e minimizar sua complexidade. Os processos servidores são divididos de forma fixa, controlando as funções de memória localmente e as funções de arquivos remotamente. Os processos de usuário são distribuídos tentando se equalizar a taxa de ocupação dos processadores do sistema. E implementado um mecanismo de identificação global de processos juntamente com um método transparente de comunicação. Isso é feito junto com a criação de um driver suplementar ao sistema, responsável pela comunicação entre processos de processadores distintos. O núcleo original do MINIX recebeu uma serie de alterações para suportar as características distribuídas do novo sistema, de maneira a identificar processos locais e remotos. Foram extraídas do núcleo as funções executadas pelo escalonador em hardware do transputer. Foram inseridas algumas funções novas para tratar de algumas idiosincrasias do transputer, como por exemplo, sua falta de gerencia de memória. Finalmente, foi criado um mecanismo distribuído para controlar a arvore de processos do sistema, mantendo a semântica do UNIX. A escolha do processador para a execução de novos processos 6 feita pelo processador que o estiver criando, através de informações recebidas sobre processadores menos ocupados que estiverem mais próximos.

The TIUX system has been defined as an experimental operating system, to be used in future research on operating systems and parallel processing. The essential characteristics of the system are simplicity, performance and uNix compatibility. With the system running on several processors, several topics can be studied, such as load balancing, performance evaluation, implementation of distributed or parallel programming languages, distributed data bases and embedded systems. While designing the TRix system, it was decided to use the source code of an existing system, to shorten the development time. MINIX was chosen, because it is a well structured system, divided into layers of sequential processes, which communicate via messages. MINIX is compatible with UNIX version 7 and its source code can be used for academic purposes without any copyright infringiment. It had to be extended to control a multiprocessor architecture. The implementation of these characteristics is the main subject of this work. Initially some existing multiprocessor operating systems are evaluated, in order to guide in the development of TRIX. The studied issues are differences between parallel and distributed systems, interprocess communication features and the process distribution policy. The transputer microprocessors are presented, with their hardware implemented devices for process creation and communication. The MINIX operating system layered structure is described, with client and server processes and their control structures. The system is projected as an attempt to maximize flexibility, scalability and availability and to minimize complexity. The server processes are distributed in a fixed layout, controlling the memory and processes locally, and the files remotely. The user processes are distributed with load balancing among the processors. Global identification and transparent communication are implemented. This is achieved with an additional device driver, responsible for communication between processes running on different processors. The original MINIX kernel was changed to support the new distributed features of the system, identifying processes globally. The scheduler functions were stripped off, as they are now performed by the transputer hardware. Some functions were inserted to deal with some transputer problems, as for example, the lack of a memory management unit. Finally, a mechanism to control the global system process tree was created, maintaning strict UNIX semantics. The choice of which processor will hold a newly created process is made by the processor creating it, based on information received about the nearer processor with a low load.