Рисунок 2. Симметричная и асимметричная обработка

Разрядность внешней адресной шины младших моделей процессоров Intel Pentium составляет 32 бита, и потому они не могут адресовать более 4 Гб физической памяти. Поскольку для серьезных серверов и мощных рабочих станций этого оказалось недостаточно, начиная с Pentium Pro, ширина шины была увеличена до 36 бит, в результате чего мы получили возможность адресовать вплоть до 64 Гб физической памяти. При работе в обычном режиме страничной адресации четыре старших бита адресной шины обнуляются, и чтобы их задействовать, необходимо перевести процессор в режим PAE (Physical Address Extensions), отличающийся структурой таблиц страничной переадресации и поддерживающий 2 Мб страницы памяти. PAE-ядра несколько производительнее обычных ядер, поскольку засовывают старшие 2 Мб адресного пространства процесса в одну страницу, сокращая тем самым издержки на переключение контекста между процессами. Вы можете использовать PAE-ядра, даже если у вас установлено менее 4 Гб физической памяти, однако выигрыш в производительности при этом будет не очень существенен.

В зависимости от типа контроллера прерываний, установленного на материнской плате, следует выбирать либо PIC-, либо APIC-ядро. PIC-контроллеры поддерживают 15 IRQ и встречаются только на многопроцессорных материнских платах.

APIC-контроллеры поддерживают до 256 IRQ и многопроцессорную обработку. На программном уровне PIC- и APIC-контроллеры взаимно совместимы, поэтому PIC-ядро должно работать и с APIC-контроллером, однако, во-первых, при этом оно увидит всего лишь 15 IRQ, а во-вторых, такая конфигурация не тестировалась Microsoft, и потому никаких гарантий, что система не зависнет при загрузке, у нас нет.

Материнские платы с поддержкой технологии ACPI могут работать как с ACPI, так и с не ACPI-ядрами, при этом не ACPI-ядра самостоятельно распределяют системные ресурсы компьютера и взаимодействуют с устройствами напрямую, а ACPI-ядра во всем полагаются на ACPI-контроллер, фактически являющийся корневым перечислителем, т.е. самой главной шиной компьютера, к которой подключены все остальные шины и устройства. И хотя эта шина виртуальна, производительность системы значительно падает, поскольку ACPI-контроллер имеет тенденцию вешать все PCI-устройства на одно прерывание со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Подробнее обо всем этом и многом другом я расскажу по ходу углубления внутрь статьи, а пока же сосредоточим свое внимание на ядре как таковом, приоткрыв черный ящик.

Почему не пригодны тестовые пакеты

Среди изобилия тестовых программ, представленных на рынке, можно найти множество утилит для оценки быстродействия центрального процессора, оперативной памяти, видеокарты или подсистемы ввода/вывода, но мне неизвестны инструменты, пригодные для определения производительности ядра операционной системы.

А почему бы не воспользоваться WINSTONE или SPECweb96? Первый имитирует запуск реальных офисных приложений, второй – веб-сервера. Разве их показания не будут отражать объективное влияние конкретного ядра на производительность всей операционной системы в целом? Нет, не будут. И вот почему. WINSTONE (как и большинство его соплеменников) прогоняет тесты в идеализированных условиях при минимальном количестве потоков, поэтому накладные расходы на переключение контекста не учитываются. К тому же степень «отзывчивости» системы (подсознательно ассоциируемая с ее производительностью) обусловливается отнюдь не скоростью выполнения кода, а интеллектуальностью планировщика, повышающего приоритет потока в тот момент, когда он больше всех остальных нуждается в процессорном времени (например, при захвате фокуса, завершении ожидаемой операции ввода/вывода и т. д.). Но тесты этого не учитывают.