CN1017287B - 在中央处理机间有同等关系的数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明的数据处理系统的多个中央处理装置可访问全部系统资源。在数据处理系统初始化期间，所有系统资源可按预选配置分配给各个中央处理机，从而将可用资源的标识存储于各个中央处理装置的文件中。在该数据处理系统操作期间，预定过程可将这些资源再分配。进入这种关系的中央处理机要求包括避免访问未指定给它们的系统资源以装置和/或软件过程。信箱过程利用主存装置的位置在中央处理机间通信，并被用于动态分配资源。

Description

本发明一般涉及到数据处理系统，尤其涉及具有多个中央处理机的数据处理系统。

为了增加数据处理系统的处理能力，一种技术是将外加的中央处理机组合到系统中。选择数据处理系统中中央处理机个数的能力使得系统能力与数据处理的要求要有效匹配，具有多个中央处理机的数据处理装置一般具有两种配置之一。现在参见图1A，根据图中所示先有技术的第一实施方法，数据处理系统有多个中央处理机，该数据处理系统包括多个连接于系统总线19的中央处理器11-12，中央处理装置11-12在操作系统和用户软件程序的控制下执行数据组的实际处理。主存储装置16也耦合于系统总线19，用于存储当前中央处理装置正在使用的数据和程序信号组。耦合于系统总线19的输入/输出装置14-15包括用于存储大量数据和程序信号组的设备（例如磁盘存储设备）;由系统用户输入数据的终端;以及数据和程序组与远地进行交换的通讯设备，系统总线19提出数据处理系统成员之间进行数据和程序组交换的主道路。

参照图1B，根据先有技术展示了多处理器系统的第二种实现方式。除了系统的组成部分是耦合于存储器控制装置14而不是系统总线19之外，一般同等部分可用于执行图内所示的处理工作，存储器 控制装置14一般是一个电子开关，它根据控制信号提供数据处理装置组成部分的耦合，存储器控制装置14也可以提供例如冲突判决之类的功能，它分布在面向数据处理系统的总线中。

图1A和图1B的数据处理系统是一般专有技术中用同机种的中央处理装置所实现的系统，在同机种数据处理系统中，操作系统是相同的或相似的，其实现装置是相同的或相似的，且在数据处理系统的外部装置上执行的操作也是相同的或相似的。即使中央处理装置是同机种的，也要付出巨大努力来避免中央处理装置之间的冲突，例如，中央处理系统之一可用于分配多个中央处理装置之间的资源及任务，从而避免多个可能正在执行中的程序为资源发生冲突，这些系统资源是存储设备、终端、主存储器位置和其它中央处理装置为执行数据处理工作而要访问的数据处理设备。这一关系一般称为主/从关系，因为其控制是由所选择的处理器维护的。可是，可以设计一些数据处理系统，其中，在相同操作系统控制下工作的中央处理装置可以作为数据处理系统的同级成员工作（与主/从关系相反）。下面提供的参考实例便是把多个中央处理装置连入没有主/从关系而仍存在系统资源冲突的数据处理系统。

在1971年12月28日公布的题为“处理器之间的微程序共享”的美国专利3631，405号中（其发明人是G·S·霍夫和R·P·凯利），两个微程序控制的处理装置共享允许微程序指令系统共享的控制元件。通过对操作系统的适当调用，使从第一微程序控制处理装置发出的控制信号传输到第二微程序控制处理装置。事实上，这种配置可以被描述为一个具有资源的单处理装置，而这些资源由管理程序控制的操作系统进行分配，管理程序的使用及两个处理装 置之间的耦合正是这种配置与本发明所描述的同级处理装置关系的区别。

由H·L·赛古尔、小G·F·摩星和E·J·拉德科斯基发明的于1978年12月26日公布的题为“闭型微程序控制的多处理器装置”的美国专利4，131，941号中，所描述的多处理器配置允许处理器独立工作或再配置，以便启用主/从关系。多个处理器被连接在一起，且甚至以上述独立方式操作时也不是独立的，而是受配置确定和活动分配的管理控制结构的支配，当然，活动分配的控制隐含着资源分配控制。此外，该美国专利描述的数据处理系统要么具有一个操作系统，要么具有多个同等的操作系统，该美国专利的发明最好被描述为一个具有可控配置的单数据处理系统，而本发明可以直接使用以不同操作系统独立操作的数据处理装置。

由R·L·劳林斯和R·D·麦休斯发明的于1980年4月29日公布的题为“用于数据通讯子系统的自适应群集模件”的美国专利4，200，930号中，一个主处理装置可以具有多个耦合于其上的数据通讯子系统，以便利用输入和输出信号执行例行通讯工作。虽然在主处理装置出现故障的情况下数据通讯子系统可以继续通讯，而主处理装置对数据通讯子系统的关系则显然是主/从关系，由于数据通讯子系统不能访问所有对主处理装置有效的资源因而不能应用同等处理器关系。

最近，兴趣转到了装备有多个中央处理装置的数据处理系统，其中央处理器一般具有非同规格的特性（一般为不兼容的）。非同规格中央处理装置的使用尤其有利于系统用户使用多个程序指令。从理论上讲，所有中央处理装置应具有同等关系，即应能访问所有数据处理 系统资源，而没有上述先有技术有关的保护辅助机构，并且不存在某一中央处理装置控制全部资源的活动及分配的主/从关系。许多中央处理系统不具备实施资源的分配所必要的硬件和/或软件功能，尽管如此，中央处理装置之间的同等关系还是一种理想的多处理器关系，能处理系统便于扩展。

于是，便意识到了对某种技术的需求，这种技术允许多个（一般情况下）非兼容中央处理装置耦合于一个数据处理系统中，并且能够在不要求中央处理装置间存在分级关系和没有冲突的情况下工作。

本发明的一个目的是提供一种改进的数据处理系统，它克服了先有技术的缺点。

本发明的一个特性是提供了一种改进的具有多个中央处理装置的数据处理系统。

本发明的另一特性是所提供的改进的数据处理系统具有多个使用不同操作系统的中央处理装置。

本发明的进一步特征是提供了一种改进的数据处理系统，其中多个中央处理装置执行不同的操作系统下的指令，这些中央处理装置具有同等关系。

本发明的更加特殊的特性是提供了一种装置，它允许数据处理系统的两个中央处理装置在控制中央处理装置之间相互作用的同时，以同等关系进行工作。

本发明还有另一个特性，即允许一中央处理装置连接于一数据处理系统，其中，所有中央处理装置具有同等关系，即使所耦合的中央处理装置使用的操作系统和/或信号结构与数据处理系统的操作系统10和/或信号结构不兼容。

根据本发明所实现的上述及其它特性，是通过确保耦合于数据处理系统的多个中央处理装置/操作系统组合具有适当的机构，从而避免了有意或无意对未被指定给中央处理装置/操作系统组合的资源的使用。利用对每一中央处理装置/操作系统组合的内部机构，每一中央处理装置/操作系统组合可以以同等关系工作。即，可以访问数据处理系统的全部资源，在初始化过程期间，系统资源被分配给每个中央处理装置。在数据处理系统运行期间，这些资源可以在中央处理装置之间动态地再分配。

本发明的这些及其它特性将根据下列附图作进一步说明。

图1A是根据先有技术的用于具有多个中央处理装置的数据处理系统的总线方块图，而图1B则是先有技术中用于具有多个中央处理装置的数据处理系统的存储控制器的方块图。

图2A示出了实现多处理器数据处理系统中的同等处理器关系的装置，该系统具有相互不兼容的操作系统/中央处理装置组合;而图2B为如何对两个具有同等处理器关系的操作系统/中央处理装置组合进行主存储器存储区域划分。

图3所示为具有同等关系的多处理器数据处理系统所需的附加部分。

图4是通过第一操作系统与数据处理系统对话的用户如何启用要求第二操作系统的过程的流程图。

参见图2A，这里表示了使多处理器数据处理系统的一数据处理系统中的两个一般不兼容的操作系统/中央处理装置具有同等关系的主要组成部分。同时每一中央处理装置又与使其避免生成地址，或访问正常时对其无关的输入/输出设备的装置、软件过程、或装置与软 件程序的组合相联，这个装置被图示为地址生成安全装置121是中央处理装置12的组成部分。主存储器装置15被分为多个区域。区域151是为控制中央处理器11的操作的操作系统保留的，而区域152则是为控制中央处理装置12的操作的操作系统保留的。主存储器装置15的区域153是为中央处理装置11的数据/代码保留的，而区域154是为中央处理装置12的数据/代码保留的。区域155是公用区域，中央处理装置11和12都可以访问该区域。

参见图2B，其中更加详尽地展示了主存装置15的存储区域的分配，区域151和152为与中央处理装置有关的操作系统所保留，每一区域具有两个主要用于同等关系操作的子区域（分别为151A和151B，152A和152B表示）。子区域151A和152A提供一个为有关的中央处理装置保留的资源表，即输入/输出设备和保留的主存区域。子区域151B和152B提供了两个中央处理系统能够进行通信的过程。在较佳实施例中，通过主存装置15的子区域155A进行通信，中央处理装置11和12利用通常称为数据处理系统信箱的技术使用该保留子区域。在这一技术中，第一中央处理装置将信息留在信箱155A中，而第二中央处理装置要么周期地读取信箱的内容，要么被第一中央处理装置通报“该信息是可用的”。根据所读取的信箱155A的内容，第二中央处理装置可作出相应的响应。

参见图3，所示为具有两个中央处理装置11和12的数据处理系统的一部分。中央处理装置11直接耦合于系统总线19。中央处理装置12由系统总线接口装置31耦合于系统总线19，系统总线接口装置和中央处理装置12耦合于专用存储装置32。

参见图4，它是第二操作系统过程可调用第一操作系统过程的技术，在第401步，第二操作系统进程要求一个只能由第一操作系统运行的进程，即输入/输出操作，第二操作系统与第二操作系统设备驱动器模件402交互作用，如同第二操作系统能够执行该进程，第二操作系统驱动器模件不是运行该进程，而是通过第二操作系统处理器中断机构功能403及共享的主存位置404将该驱动器模件加到处理器中断机构驱动器模件405。第二操作系统处理器中断机构403和处理器机构驱动器模件405可交换中断信号，处理器中断库存程序406配合第二操作系统所请求的活动，并将结果处理模块加到第一操作系统输入/输出服务程序407，输入/输出服务程序407将适当的信号加到第一操作系统通信及驱动器模件408，使得原来由第二操作系统用户请求的处理得以执行。

在理想的多处理器配置中，所有中央处理装置将可访问数据处理系统的全部资源而不需要保证在中央处理器中划分资源的辅助保护机构，况且，许多操作系统/中央处理装置组合具有能够避免访问指定给其它中央处理装置的资源而又不与主数据处理系统兼容的过程和/或装置。例如，某些中央处理装置活动（比如说用于访问所选输入/输出通道的过程）不可能由耦合于数据处理装置的中央处理装置完成，同样，耦合于数据处理系统的处理装置可以与数据处理系统的其余部分交换信号组，并能够使用与所耦合的数据处理系统相异的协议和格式。这些差异的例子是系统总线信号通路的宽度以及系统总线是否具有专用于不同功能的信号通路的耦个组。最后，初始化期间可能出现冲突。例如，不同的中央处理装置可能希望在主存的重叠区域找出必须的初始化过程。本发明公开的技术及装置允许对外加的操作系 统/中央处理装置组合的处理是与数据处理系统中其它操作系统/中央处理装置同等关系的处理。

在较佳实施例中，主中央处理装置11是在MOD400操作系统控制下运行的霍尼尔·布尔MRX数据处理系统。MOD400操作系统包括提供系统可靠性的过程，为了给数据处理系统提供执行使用UNIX操作系统的用户程序的广泛指令系统的能力，特选择在UNIX操作系统控制下运行中央处理装置12，可是，要用选择的中央处理装置实施执行用户程序的UNIX操作系统。必需的保护机构是不充分的。上面说到的题为“在一个具有使用不同操作系统的中央处理装置的数据处理系统中实施可变资源划分的装置及方法”的专利申请给出的装置及方法提供了访问保护机构，而不需修改数据处理系统或中央处理装置。

虽然同等处理关系提供了在数据处理系统的中央处理装置之间平等的资源及活动，但有两种情形必须提出以对付特殊情况，第一种特殊情况是系统用于交换数据信号的协议，有关系统总线的协议是主存储器的体系结构。一般情况下，“主”中央处理装置11将与系统总线配合进行操作，并且它在数据组传输给系统总线时不要求对数据组进行其它处理，可是，“从”中央处理器一般与不同的系统总线协议一起操作，它将需要一个系统总线接口装置31，以便在中央处理装置12和系统总线之间传输信号组，系统总线接口装置31（中央处理装置12不可能使用的范围）能够生成适当的控制信号，并在必要处调整数据组的大小，使之与数据处理系统的其它部分相一致。

在正常操作期间可以利用同等处理关系，而在上述数据处理系统的初始化期间，某个中央处理装置必须提供控制，例如为所有中央处 理装置建立资源表。此外，根据上一段所描述的较佳实施例的配置，从中央处理装置在初始化期间被编程以便访问主存位置，这些位置重叠于主中央处理系统访问的主存位置，该从处理装置还试图访问未用于主存系统的存储位置。为了避免这一潜在的问题，在本发明的较佳实施例中是将一专用存储装置32耦合到“从”中央处理装置12。在数据处理系统的初始化期间，“从”中央处理装置12所用的初始化数据由“主”中央处理装置装入到专用存储装置32中“从”中央处理装置在初始化期间所访问的相应位置上，此后，当“从”中央处理装置12被初始化时，专用存储器32中的该存储位置被“从”中央处理装置寻访，并且所需初始化数据被传输到“从”中央处理装置12。

为了顺应“主”数据处理系统和“从”中央处理装置之间信号组的协议及格式的差别，可以将系统总线接口装置31耦合于“主”数据处理系统和“从”中央处理装置之间，系统总线接口装置31包括这样一个装置，它可把来自数据处理系统（即图3中的系统总线19）的数据、指令和控制信号组转换成可与从处理装置操作所用信号格式相兼容的格式。系统总线接口装置31还具有一种装置，它可针对数据处理装置的系统时钟和从中央处理装置的系统时钟中的差异而缓冲信号组。类似地，系统总线接口装置具有一种装置，它可把来自从中央处理装置的数据、指令和控制信号组转换成系统总线可用并与系统总线同步的格式。在“从”中央处理装置和“主”数据处理系统之间传输的信号组的转换及同步可由先有技术实现，并且一般作为专门任务来完成。

对于那些在从中央处理装置和主数据处理系统之间不兼容的过程 来说，图4展示了执行不可兼容的过程的技术。实质上，该过程的运行是通过能够运行该过程的中央处理装置在请求运行的中央处理装置的指示下完成。通过第二中央处理装置运行该过程，从而为每一个中央处理装置提供了运行非兼容过程的能力，以致那些一般情况下对某些中央处理装置来说是不可访问的数据处理系统资源（例如输入/输出设备）对该数据处理系统的所有中央处理装置也都成为可用的了。

虽然参照两个（非兼容）中央处理装置已对本发明作了描述，但很清楚，所述技术可用于多个中央处理装置，从而在这些中央处理装置间建立同等关系。

上述说明包括了对较佳实施例的图解，但它不是对本发明范围的限制，本发明的范围只受下述权利要求限制，本技术领域内的技术人员可对本发明作不脱离本发明精神实质及范围的修改和变型。

Claims (9)

1、一种数据处理系统，其特征为：

具有至少一个主存装置的数据处理系统资源：

能够访问所述数据处理系统资源的第一中央处理装置/操作系统组合，所述第一组合包括第一可访问资源表和第一机构，该机构确保所述第一组合生成的地址列于所述相应的资源表中；

与所述第一组合不兼容的第二中央处理装置/操作系统组合，所述第二组合包括第二可访问资源表和第一机构，该机构确保所述第二组合生成的地址列于所述第二表中；

耦合于所述第二组合和所述系统资源之间的接口装置，它允许所述第二组合与所述系统资源交换信号；以及

分配装置，用于在所述第一和所述第二文件之间动态地再分配所述数据处理系统资源。

2、根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征为，所述兼容装置包括一个接口装置，用于将来自所述非兼容中央处理装置的信号组转换为能够由所述数据处理系统的所述其余部分处理的信号组，并用于将来自所述数据处理装置的其余部分的信号组转换为能够由所述非兼容中央处理装置处理的信号组。

3、根据权利要求2所述的数据处理装置，其特征为，所述兼容装置包括过程装置，用于根据来自所述非兼容数据处理系统的信号，由所述数据处理系统的其余部分运行某一过程。

4、根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征为，所述确定所选资源地址的机构包括确定所生成的地址是包括在所述选择资源之中的装置。

5、根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征为，进一步包括：

过程装置，它允许所述第二组合运行一个非兼容过程，其方法是使所述第二组合指示所述第一组合执行所述非兼容过程。

6、根据权利要求5所述的数据处理系统，其特征为，所述主存装置包括可对所述第一组合和所述第二组合访问的存储位置，其中，在所述第一组合与所述第二组合之间的通信在所述位置上进行。

7、根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征为，所述的分配装置包括：

与所述第一组合相关的第一通信部分：

与所述第二组合相关的第二通信部分：

可由所述第一通信部分和所述第二通信部分访问的所述主存装置中的位置。

8、一种用于具有多个中央处理装置的数据处理系统的方法，其中至少两个所述中央处理装置是不兼容的，其中，所述多个数据处理系统中的每一个都与所述多个其它的中央处理装置具有同等的关系，其特征为包括以下步骤：

与每个中央处理装置有关的文件标识可由所述有关中央处理装置访问的资源：

确定每一数据处理系统所生成的每个地址都包括在所述标识可访问资源的文件中;并且

使每个中央处理装置可访问所述数据处理系统的全部资源。

9、根据权利要求8的数据处理装置的中央处理装置之间建立同等关系的方法，其特征为，所述允许步骤包括：

要每个不兼容的中央处理装置处理不能由所述数据处理系统的其余部分处理的信号组，并将所述数据处理系统的所述其余部分提供给所述不兼容中央处理装置的信号组转换为一种能够由所述不兼容中央处理装置处理的格式，并将所述中央处理装置提供给所述数据处理系统的所述其余部分的信号组转换为可由所述数据处理系统的其余部分处理的形式。

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