В статье рассматриваются особенности отечественной операционной системы QP ОС и гипервизора QP VMM. Приведено общее описание системы, особенности и характеристики.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.


В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ
,

2014



ООО

НТП

«К
РИПТОСОФТ
,

2014


УДК
004.45

В.
Ю. Егоров, Е.А. Матвеев

Перспективы применения операционной системы QP

ОС и
гипервизора QP

6MM в качестве платформы для
высокопроизводительных вычислений

А
ННОТАЦИЯ
.

В статье рассматриваются особенности отечественной
операционной системы QP ОС и гипервизора QP 6MM
.

Приведено общее
описание системы, особенности и характеристики. В статье высказывается
предположение, что QP ОС может применяться для высокопроизводительны
х
вычислений, например, в качестве платформы для построения кластеров.


Ключевые слова и фразы:

операционная система

QP

ОС
, гипервизор
QP

VMM
,
особенности, характеристики.

Введение

Защищенная операционная система
QP

ОС представляет собой
полнофункциональну
ю отечественную операционную систему
общего назначения, разработанную «с нуля» научно
-
техническим
предприятием «Криптософт».
QP

ОС не является клоном какой
-
л
ибо
другой операционной системы
.

При разработке системы особое внимание было уделено
защищенности,
безопасности системы и контролю доступа к
данным.
QP

ОС соответствует требованиям ФСБ России к
программному обеспечению, используемому в информационных и
телекоммуникационных системах специального назначения и
может использоваться для обработки информации,

содержащей
сведения, составляющие государственную тайну. Номер
сертификата СФ/019
-
2291

от 31.12.201
3
.

1.

Основные особенности QP ОС

QP

ОС

является универсальной многозадачной операционной
системой общего назначения.
QP

ОС

может функционировать

на
аппаратной платформе компьютеров с процессорами архитектуры
IA
-
32

и x64
, поддерживает многоядерную архитектуру процессоров.

QP

ОС имеет внутреннюю

структуру на основе монолитного ядра.

В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

2

C
истем
а
QP

ОС

предназначена для использования
как
в серверных
напра
влениях информационных технологий,
т
ак
и
в качестве
встраиваемой в аппаратно
-
программные комплексы
. Программы
под QP

ОС могут иметь как консольный, так и
полнофункциональный графический интерфейс.

1.1.

Программная специфика

Исходные коды системы представлены на

языке
программирования С. В рамках
QP

ОС

в
НТП «Криптософт»
разработаны собственные компилятор и компоновщик для языка С.
Кроме того, на предпр
иятии разработана и реализована

среда
разработки программных продуктов
,

исполняемых в рамках
системы, а также ср
едства отладки и проф
илирования программ,
включающие,

в том числе отладчик ядра системы и приложений
пользовательского уровня. Отладка и профилирование программ
возможны как на целевой машине, работающей под управлением
QP

ОС

(встроенный отладчик), так и у
даленно
й



с использованием
ПК
, работающего под управлением
Microsoft

Windows

и
имеющего
COM
-
порт и
ли

USB

интерфейс.

В
QP

ОС, с некоторыми ограничениями, поддерживается язык
C
#
и среда исполнения
CLR

для приложений
.NET
.

Это позволяет
говорить о поддержке системой широкого класса
платфор
м
онезависимых приложений.
В настоящее время
поддерживается стандарт .NE4

4.5, в том числе
распараллеливающие вычисления.

Прикладные программы для
QP

ОС можно разрабатывать и
отлаживать
как

в среде MS

Visual

Studio

под
ОС
Windows
, так и в
собственной среде разработки программ
.

На
Р
ИС
.

1

представлен
внешний вид среды разработки программ под QP ОС.


В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

3


Р
ИС
.

1
.
Внешний вид среды разработки программ под QP ОС

QP

ОС является многопользовательской операционной
системой. Пользователи в системе обладают набором полномочий,
заданных администратором системы. Исходя из полномочий
пользователя,
система определяет права доступа пользователя к
объектам в составе системы на основе штатных средств системы:
дискреционного контроля доступа, мандатного контроля доступа и
криптографического механизма.

QP

ОС допускает одновременное функционирование процес
сов
от лица нескольких пользователей. Процессы могут быть
интерактивными или работать в качестве служб. В системе
реализована возможность динамического переключения во время
работы между процессами и пользователями.

Для поддержки сетей передачи данных в
QP

ОС реализован
стек
протоколов
TCP
/
IP

и протокол общего доступа к данным
SMB
.

Входящий в состав системы набор сетевых драйверов обеспечивает
гибкую настройку маршрутизации сетевого трафика, обеспечивает
защиту системы от сетевых атак.


В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

4

1.2.

Аппаратная
совместимость

QP

ОС поддерживает многоядерную архитектуру процессоров (в
настоящий момент поддерживается до 256 процессорных ядер) и
работает на платформах x86 и x64. QP ОС поддерживает до 1 Тб
оперативной памяти.

В операционной системе QP

ОС реализована
поддержка режима
Plug
-
and
-
Play с использованием ACP), поддерживаются накопители
)DE, SA4A, SCS), RA)D, SAS, реализована поддержка устройств,
работающих по протоколам USB до 3.0 включительно. В системе
поддерживаются сети передачи данных, работающих по стан
дарту
IEEE 802.3 (Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet), IEEE 802.11 (Wi
-
Fi). Поддерживаются стеки протоколов 4CP/)P v4 и v6, а также
протокол общего доступа к данным SMB.

Некоторые особенности
QP

ОС представлены
на
Р
ИС
.

2


Р
ИС
.

2
. Некоторые особенности QP ОС

QP ОС может применяться для построения разнообразных
информационно
-
вычислительных систем. Дерево компонент,
д
оступное для построения таких систем, представлено на
Р
ИС
.

3
.



В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

5

Р
ИС
.

3
. Разработанные компоненты информационно
-
вычислительных систем в составе
QP

ОС

1.3.

Производительность

QP

ОС

Производительность диспетчера задач ядра
QP

ОС не уступает
производительности диспетчера задач ядра ОС
Windows

8
.
Таблица

1

отражает результаты сравнительного теста производительности
диспетчера задач на функциях ожидания. Тест состоит из двух
нитей, переключающихся между собой в течение 10 секунд в
прямом направлении с помощью срабатывания события и в
обратном направлении

с помощью взведения глобальной
переменной для каждого промежуточного теста. Количество
переключений выступает характеристикой производительности

[1]
,
[2]
.

Т
АБЛИЦА

1
.

Сравнительный тест производительности диспетчеров
задач

Вид теста ДЗ

Windows 8

x
64 (млн)

QP
ОС

x64

(млн)

%

WaitForSingleObject

10
,
86

13
,
7
7

126%

WaitForMultipleObjects(Any)

11
,
25

8
,
7
9

78%

WaitForMultipleObjects(All)

1
,
8
5

1
,
91

103%


В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

6

Измерения производительности проводились на компьютере
Intel

Core

i
3
-
3220
CPU

3.3
GHz
, 4 Гб ОЗУ.

2.

Описание гипервизора
QP

VMM

Гипервизор
QP

VMM

работает под управлением
QP

ОС.
Гипервизор
QP

VMM

использует аппаратную виртуализацию
VMX

процессоров
Intel
.

QP

VMM

поддерживает 32 и 64
-
битный режимы
работы процессоров виртуальных машин.
QP

VMM

поддерживает
работоспособность
в качестве
гостевых ОС больш
инства
операционных систем семейства
Windows
,
QP

ОС, некоторых сборок
Linux

и других операционных систем.

2.1.

Структура QP 6MM

В отличие от других гипервизоров
QP

VMM

гарантирует
отсутствие пересечений по памяти между виртуальными
машинами. Физические страницы

памяти выделяются при старте
каждой виртуальной машины и не могут быть перераспределены до
окончания её работы. Данная мера повышает безопасность
применения гипервизора.

[3]
,
[4]
.

Гипервизор
QP

VMM

динамически перераспределяет
процессорное время и в случае простоя виртуальной машины её
процессорное время перераспределяется меж
ду другими задачами
хостовой операционной системы.

[5]
.

Гостевые виртуальные машины содержат в себе виртуальную
аппаратуру персонального компьютера, поэтому работа
гостевых
ОС происходит как на обычном аппаратном компьютере.
Виртуальные устройства представляют собой программные модули,
работающие
в составе
QP

VMM
.

[6]
,
[7]
.

Некоторые особенности
QP

VMM

представлены
на
Р
ИС
.

4
.


В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

7


Р
ИС
.

4
.

Некоторые особенности QP
VMM

2.2.

Производительность QP 6MM

Для оценки

производительности процессора в составе
гипервизора QP 6MM был применен тот же самый тест, которым
оценивалась производительность диспетчера задач
QP

ОС.

Для
этого поду управлением гипервизора запускалась та же самая
сборка операционной системы QP ОС, что

и на хостовом
компьютере. В этой сборке запускалась программа измерения
производительности диспетчера задач. Результаты измерения
производительности сведены в
Т
АБЛИЦА
2
.

Т
АБЛИЦА
2
.
Сравнительный тест производительности хостовой и
гостевой

QP

ОС

Вид теста ДЗ

QP
ОС

x64

(млн)

QP

ОС
x
64
ВМ (млн)

%

WaitForSingleObject

13
,
7
7

8,37

61%

WaitForMultipleObjects(Any)

8
,
7
9

6,22

71%

WaitForMultipleObjects(All)

1
,
91

1,26

66%

Следует отметить, что за период с мая по октябрь 2014 года
производительность QP 6MM выросла примерно в 1,5 раза, однако
она до сих пор отстаёт от производительности гипервизоров

В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

8

6m6are и 6irtualBox

последних версий. В настоящее время
продолжаются работы н
ад повышением производительности
гипервизора QP 6MM.

3.

Применение в высокопроизводительных вычислениях

Благодаря постоянной работе над повышением
производительности QP ОС
,

на данный момент она может быть
использована для организации высокопроизводительных
вы
числений при использовании
SMP

серверов на аппаратной
платформе
IA
-
32/
x
64.

В настоящее время в НТП «Криптософт» ведутся работы по
применению QP ОС в качестве программной платформы при
организации высокопроизводительных вычислений. В частности,
производится

перенос библиотеки
MPICH

на платформу QP ОС
с
целью
дальнейшего подключения компьютеров в качестве узлов
кластера.

Предварительные результаты переноса библиотеки
показали
схожие результаты
производительности кластерных
вычислений при использовании операци
онной системы QP

ОС в
качестве программной платформы

сравнительно с ОС Windows
.

Использовалось следующее ПО:



библиотека MP)C(2 v1.4 отладочная сборка
;



High Performance Computing Linpack Benchmark (HPL
-
2.1)


отладочная

сборка

с

директивами

WIN32,

HPL_CALL_CBLAS
;



реализация CBLAS из библиотека GSL 1.6

-

GNU Scientific Library
(написана целиком на языке С, без использования Fortran, без
оптимизации под конкретную аппаратную и/или программную
платформу)
,

отладочная сборка
;

В
Т
АБЛИЦА
3

приведены сравнительные характеристики работы.

Т
АБЛИЦА
3
.
Результаты работы
тестово
го ПО:

ОС

Результаты

Windows
7 SP1 x86

WR00R2C4 5.031e
-
001 Gflops

WR00R2C8 5.018e
-
001 Gflops

QP

ОС x86, сборка 6739

WR00R2C4 5.009e
-
001 Gflops

WR00R2C8 5.017e
-
001 Gflops


Тесты производились на
одиночном
компьютере

с процессором
Intel Pentium CPU G2130 @ 3.2GHz 4
Гб ОЗУ.

На данный момент
работы по переносу
ПО на платф
орму QP

ОС
ещё не
закончены,

и

В.Ю.

Е
ГОРОВ
,

Е.А.

М
АТВЕЕВ

9

конечные результаты могут отличаться от
представленных

в
таблице
.

Список литературы

[1]

Егоров В.Ю. Новые подходы к диспетчеризации задач в
операционных системах / В.Ю. Егоров // Известия высших
учебных заведений. Поволжский
регион. Технические науки.

2008.

№2.


с. 56
-
63.

[2]

Егоров В.Ю. Критерии оценки эффективности диспетчеризации
задач в многопроцессорной операционной системе //
Программная инженерия
, 2011

г., вып. 3, с. 29
-
34.

[3]

Егоров В.Ю. Технологии виртуализации в операционно
й системе
QP

ОС. // Сборник докладов 2
-
го научно
-
практического
семинара «Актуальные вопросы разработки и сопровождения
средств защиты информации линейки QP»
. г
. Пенза, №296
-
дсп,
2010 г. с. 96
-
104.

[4]

Егоров В.Ю.

Виртуализация как средство повышения
безопаснос
ти ИТ. // Сборник докладов 4
-
го межведомственного
научно
-
практического семинара «Системы и средства защиты
информации»
.


г
. Пенза, №260
-
дсп, 2012 г. с. 62
-
68.

[5]

Егоров В.Ю. Особенности диспетчеризации процессов при
функционировании виртуальных машин // Систе
мы и средства
информатики. Дополнительный вып.


М.: Наука, 2009. с.58
-
67.

[6]

Егоров В.Ю., Карпов И.В., Матвеев Е.А. Технологии реализации
аппаратуры компьютера в составе виртуальных машин //
Системы и средства информатики. Дополнительный вып.


М.:
Наука, 20
09. с.68
-
76.

[7]

Егоров В.Ю., Шпадырев М.А.

Особенности реализации устройств
измерения времени в виртуальных машинах
.
// Системы и
средства

информатики, 2011, том 21, выпуск 1, с. 141
-
151.




V.
U
.
Egorov
,
E
.
A
.
Matveev

The

prospect

of

operating system QP

O
C

and

hypervisor QP

VMM application as software platform of high
-
performance computing
.

A
BSTRACT
.

An article discusses of features operating system QP

ОС

and hypervisor
QP

VMM. An article also describes the qualities and features of the system. The
possibilities of QP

OS and QP

VMM application to construct high
-
performance
computing are shown too.

Key Words and Phrases:
Operating system QP

ОС
, hypervisor QP

VMM, qualities, features
.



Приложенные файлы

  • pdf 3308790
    Размер файла: 893 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий