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14.
09.
2018
Interprozesskommunikation in speicherorientierten Rechnerarchitekturen
Maximilian Stein
TU Dresden
Verteidigung der Diplomarbeit
Wie ihre Vorgänger stellen aktuelle Computerarchitekturen seit vielen Jahrzehnten den Prozessor in den Mittelpunkt: Er kontrolliert und orchestriert alle Komponenten des Rechners. Um das Potential von spezialisierten Beschleunigern wie Grafikkarten und Chips mit künstlichen neuronalen Netzen auszuschöpfen, beginnt diese Aufteilung bereits seit einigen Jahren zu erodieren. Überdies kann die Geschwindigkeit der Speicheranbindung nicht mit den Geschwindigkeitssteigerungen von Prozessoren mithalten, was diese Entwicklung weiter beschleunigt.
Um die Limitierungen der Computerdesigns der vergangenen Jahrzehnte zu überwinden, entwickeln namhafte Hersteller grundlegend andere Konzepte für die Architektur von Rechnern. Neben der Hardware und den Anwendungen müssen dafür jedoch vor allem die Betriebssysteme erweitert und an die veränderten Umgebungsbedingungen angepasst werden.
Wie sich bereits heute abzeichnet, wird der Kommunikation zwischen den einzelnen Teilen der neuen Systeme ein entscheidender Stellenwert zukommen. Während sich bisherige Konzepte wie Message-Passing aus Sicht von Anwenderprogrammen bewährt haben, muss die betriebssystemseitige Implementierung angepasst werden, um den neuen Randbedingungen zu entsprechen.
Anhand von Erkenntnissen zu Computersystemen der letzten Jahre und Konzepten für neuartige Architekturen und Betriebssysteme in Zukunft wurden im Rahmen dieser Diplomarbeit Möglichkeiten erforscht, wie sich Tasks und Prozesse effizient Nachrichten senden und so Arbeit verteilen und koordinieren können. Im Mittelpunkt standen erforderliche Änderungen in aktuellen Betriebssystemen, die in klassischen Architekturen einen effizienten Nachrichtenaustausch ermöglichen. Experimentelle Hardware mit neuen Designs stand noch nicht zur Verfügung. Daher lag ein wichtiger Teil der Arbeit in der Spezifikation und Implementierung einer Simulationsumgebung, in der sich die neuen Funktionen testen und evaluieren lassen.
Wesentliche Erkenntnisse und der gegenwärtige Stand der Implementierung werden im Rahmen der Diplomverteidigung vorgestellt und erörtert.
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