Исследования в области ввода-вывода данных

По вопросам ввода-вывода проводится большое количество исследований. Часть из них сосредоточены на конкретных устройствах, а не на общих проблемах в этой сфере. Другие работы сконцентрированы на всей инфраструктуре ввода-вывода.
Например, архитектура Streamline нацелена на предоставление ввода-вывода, приспособленного под приложение, которое минимизирует издержки на копирование, переключение контекста, отправку сигналов и неэффективное использование кэша и TLB (DeBruijn et al., 2011). Она опирается на понятия о Beltway Buffers, усовершенствованных круговых буферах, являющихся более эффективными средствами, чем существующие системы буферирования (DeBruijn and Bos, 2008). Streamline особенно эффективна для высокотребовательных сетевых приложений. Есть и еще одна сетевая архитектура ввода-вывода, Megapipe (Han et al., 2012), предназначенная для рабочих нагрузок, ориентированных на обмен сообщениями. Она создает двунаправленные каналы для каждого ядра между ядром и пользовательским пространством, на которые системы наслаивают абстракции, подобные облегченным сокетам. Эти сокеты не обладают полной совместимостью с POSIX, поэтому для получения преимуществ от более эффективного ввода-вывода приложения нуждаются в адаптации.

Зачастую целью исследований служит повышение тем или иным образом производительности конкретного устройства. Примером могут послужить дисковые системы. Неизменной популярностью пользуется область исследования алгоритмов планирования перемещения блока головок. Иногда усилия концентрируются на повышении производительности (Gonzalez-Ferez et al., 2012; Prabhakar et al., 2013; Zhang et al., 2012b), а иногда основное внимание уделяется снижению энергопотребления (Krish et al., 2013; Nijim et al., 2013; Zhang et al., 2012a). С ростом популярности объединения серверов с использованием виртуальных машин актуальность приобрела тема планирования использования дисков для виртуализированных систем (Jin et al., 2013; Ling et al., 2012).

Но не все темы отличаются новизной. Большое внимание уделяется таким старым приемам резервирования, как RAID (Chen et al., 2013; Moon and Reddy, 2013; Timcenko and Djordjevic, 2013), а также твердотельным накопителям (Dayan et al., 2013; Kim et al., 2013; Luo et al., 2013). На теоретическом фронте некоторые исследователи уделяют внимание моделированию дисковых систем с целью лучшего понимания их производительности под различными рабочими нагрузками (Li et al., 2013b; Shen and Qi, 2013).

Что же касается устройств ввода-вывода, то в центре внимания находятся не только диски. Еще одной ключевой областью исследований, относящейся к вводу-выводу, является сетевой обмен данными. В число тем исследований входят энергопотребление (Hewage and Voigt, 2013; Hoque et al., 2013), работа сетей в интересах центров обработки данных (Haitjema, 2013; Liu et al., 2103; Sun et al., 2013), повышение качества обслуживания (Gupta, 2013; Hemkumar and Vinaykumar, 2012; Lai and Tang, 2013) и производительности (Han et al., 2012; Soorty, 2012).

Учитывая большое количество ноутбуков, используемых учеными, работающими в области компьютерных наук, и весьма незначительное время работы аккумуляторных батарей на многих ноутбуках, неудивительно, наверное, что огромный интерес вызывают программные технологии сокращения энергопотребления.

Среди конкретных рассматриваемых тем встречаются сбалансированность тактовой частоты различных ядер для достижения приемлемой производительности без необоснованных энергозатрат (Hruby 2013), потребление энергии и качество обслуживания (Holmbacka et al., 2013), оценка энергопотребления в режиме реального времени (Dutta et al., 2013), предоставление служб операционной системы для управления энергопотреблением (Weissel, 2012), изучение энергетических затрат на обеспечение безопасности (Kabriand Seret, 2009) и планирование при воспроизведении мультимедиа (Wei et al., 2010).

Но ноутбуками интересуются далеко не все исследователи. Некоторые из них мыслят шире и желают сэкономить мегаватты в центрах обработки данных (Fetzer and Knauth, 2012; Schwartz et al., 2012; Wang et al., 2013b; Yuan et al., 2012).

На другом полюсе спектра исследований очень актуальной является тема энергопотребления в сетях датчиков (Albath et al., 2013; Mikhaylov and Tervonen, 2013; Rasaneh and Banirostam, 2013; Severini et al., 2012).

Как ни удивительно, но предметом исследований до сих пор является скромный таймер. Для предоставления высокого разрешения в некоторых операционных системах таймер запускается на частоте 1000 Гц, что приводит к существенным издержкам. Избавление от этих издержек также является темой исследований (Tsafir et al., 2005).

Аналогично этому исследовательские группы по-прежнему обеспокоены задержками при обработке прерываний, особенно в области операционных систем реального времени. Поскольку такие системы зачастую встроены в весьма ответственные узлы (например, в системы рулевого управления и торможения), допущение прерываний только в весьма специфические приоритетные моменты позволяет системе контролировать возможные чередования и разрешает использовать для повышения надежности формальную верификацию (Blackham et al., 2012).

Также по-прежнему весьма активно проводятся исследования в области драйверов устройств. Многие сбои операционных систем вызываются некачественными драйверами устройств. В Symdrive авторы представили среду тестирования драйверов устройств без фактического обращения к устройствам (Renzelmann et al., 2012). В качестве альтернативного подхода в еще одной работе (Rhyzik et al., 2009) показан способ автоматического создания драйверов устройств на основе спецификаций при существенном снижении вероятности допущения ошибок.

Также исследователей интересует тема тонких клиентов, особенно мобильных устройств, подключенных к облаку (Hocking, 2011; Tuan-Anh et al., 2013). И наконец, имеется ряд статей на весьма необычные темы, например по изучению сооружений в качестве больших устройств ввода-вывода (Dawson-Haggerty et al., 2013).

5.10.

<< | >>
Источник: Э. ТАНЕНБАУМ Х. БОС. СОВРЕМЕННЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМ Ы 4-е ИЗДАНИЕ. 2015

Еще по теме Исследования в области ввода-вывода данных:

  1. ГЛАВА 18 ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ОТНОШЕНИЙ В ОБЛАСТИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ
  2. Социальные исследования как «большая наука» и исследование малых групп
  3. Григорьев Ю.А., Ревунков Г.И.. Банки данных, 2002
  4. § 37 История вотчинной записки в России. – Явка актов в приказах. – Справка. – Юридическое и финансовое ее значение. – Аналогия нашей формы с западными. – Изменение старой формы при Петре I. – Новый крепостной порядок и новое значение справки и отказа. – Форма нового отказа и ввода во владение
  5. 3.3.4. Методы обработки и анализа данных
  6. Анализ и интерпретация полученных данных
  7. Анализ и интерпретация полученных данных
  8. Оценка данных о личности.
  9. 18.4. Права субъекта персональных данных
  10. Банк данных
  11. 5.1. Табличное представление данных
  12. 12.4. Анализ эмпирических данных