多核處理器為嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)了顯著的性能和功耗優(yōu)勢(shì)，但它們也增加了傳統(tǒng)遷移工作負(fù)載的多處理復(fù)雜性。盡管如此，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)遵循一些簡(jiǎn)單的技術(shù)來(lái)成功管理向多核的過(guò)渡。

移植到便攜式標(biāo)準(zhǔn)

通常，遷移到多核不僅僅涉及遷移到新處理器。在許多情況下，開(kāi)發(fā)人員必須首先將舊代碼移植到新的編程語(yǔ)言、編譯器或操作系統(tǒng)。 強(qiáng)烈建議使用 POSIX 等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗С衷S多通用和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這樣做將有助于確保應(yīng)用程序的大部分內(nèi)容（包括其與操作系統(tǒng)的接口）是可移植的。同樣重要的是，POSIX標(biāo)準(zhǔn)在多處理系統(tǒng)中有著悠久的歷史，而多核處理器只是多處理片上系統(tǒng)（SoC）。

分而治之

支持對(duì)稱多處理 （SMP） 的操作系統(tǒng)是同構(gòu)多核處理器的最佳選擇。SMP 將分配 CPU 資源的復(fù)雜細(xì)節(jié)留給操作系統(tǒng)，而不是應(yīng)用程序。從應(yīng)用程序的角度來(lái)看，與操作系統(tǒng)的接口保持不變，無(wú)論內(nèi)核數(shù)量如何，從 1 到 N。因此，隨著更多內(nèi)核的添加，應(yīng)用程序可以輕松擴(kuò)展。

在 SMP 模式下運(yùn)行的多核系統(tǒng)提供了真正的并行性，但一些傳統(tǒng)應(yīng)用程序從未設(shè)計(jì)為并行執(zhí)行。通常，大部分代碼不使用線程，這將允許應(yīng)用程序的不同部分并行運(yùn)行，或者僅使用線程來(lái)隔離阻塞系統(tǒng)調(diào)用，例如文件或網(wǎng)絡(luò) I/O。

另一個(gè)典型的陷阱發(fā)生在代碼使用優(yōu)先級(jí)方案來(lái)控制對(duì)共享內(nèi)存的訪問(wèn)時(shí)。例如，在單處理器嵌入式系統(tǒng)中，軟件開(kāi)發(fā)人員通?？梢约僭O(shè)高優(yōu)先級(jí)線程和低優(yōu)先級(jí)線程不會(huì)同時(shí)訪問(wèn)內(nèi)存，因?yàn)楦邇?yōu)先級(jí)線程將始終搶占低優(yōu)先級(jí)線程。因此，許多程序無(wú)法使用互斥鎖（互斥鎖）來(lái)正確同步對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)。但是，在 SMP 多核系統(tǒng)中，這兩個(gè)線程可以并行運(yùn)行，因此會(huì)同時(shí)訪問(wèn)內(nèi)存，從而產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的結(jié)果。由于同步錯(cuò)誤，可能存在其他隱蔽問(wèn)題，這些錯(cuò)誤在單處理器系統(tǒng)上完美運(yùn)行，但僅在多處理器執(zhí)行中出現(xiàn)。

為了解決這樣的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)人員可以分而治之：將問(wèn)題代碼隔離在多核芯片的單個(gè)內(nèi)核上，直到代碼可以修復(fù)。為此，開(kāi)發(fā)人員可以使用綁定多處理 （BMP），這是 SMP 的擴(kuò)展，允許選定的進(jìn)程僅在指定的內(nèi)核或 CPU 上運(yùn)行。實(shí)際上，BMP 為遺留代碼提供了一個(gè)單核、非并行執(zhí)行環(huán)境，同時(shí)允許其他代碼利用 SMP 的完全并行性。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在修改舊代碼以在其新的并行環(huán)境中正常運(yùn)行后，可以隨后刪除 CPU 綁定。

利用這些工具

開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)還必須使用正確的工具。特別是，他們需要可視化工具來(lái)幫助他們查明并行環(huán)境中代碼行為異常的區(qū)域。大多數(shù)情況下，這項(xiàng)工作涉及檢測(cè)和糾正前面提到的同步錯(cuò)誤。

一旦應(yīng)用程序正常運(yùn)行，它仍然可能無(wú)法利用多核芯片的所有 CPU 容量。可視化工具在這方面也可以提供幫助，它允許開(kāi)發(fā)人員減少對(duì)共享資源（熱點(diǎn)）的爭(zhēng)用，消除過(guò)多的線程遷移或內(nèi)核之間的通信，并找到并行化代碼的機(jī)會(huì)。隨著多核平臺(tái)內(nèi)核數(shù)量的增加，可視化工具將是成功利用多核提供的性能優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

為了提供這樣的分析，多核可視化工具必須超越傳統(tǒng)調(diào)試工具的范圍。例如，它們必須在線程從一個(gè)內(nèi)核遷移到另一個(gè)內(nèi)核時(shí)跟蹤線程，并診斷在內(nèi)核之間流動(dòng)的消息。他們還必須靈活控制記錄哪些事件以及何時(shí)記錄，以便開(kāi)發(fā)人員可以專注于關(guān)注的領(lǐng)域。

進(jìn)行過(guò)渡

“多核”不需要是一個(gè)壞詞，也不需要為傳統(tǒng)遷移添加另一個(gè)障礙。采用POSIX等可移植編程標(biāo)準(zhǔn)，使用專為多核平臺(tái)設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，隔離遺留代碼以在單個(gè)內(nèi)核上運(yùn)行，以及使用可視化工具，所有這些都使過(guò)渡變得不那么令人生畏。

審核編輯：郭婷