《面向異構計算的軟件加載運行技術規(guī)范》

ICS35.240

CCSL70

團體標準

T/CESAXXXX-202X

面向異構計算的軟件加載運行技術

規(guī)范

Specificationofsoftwareloadingandrunningtechniquesforheterogeneous

computing

征求意見稿

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

已授權的專利證明材料為專利證書復印件或扉頁，已公開但尚未授權的專利申

請證明材料為專利公開通知書復印件或扉頁，未公開的專利申請的證明材料為專利

申請?zhí)柡蜕暾埲掌凇?/p>

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中國電子工業(yè)標準化技術協(xié)會發(fā)布

T/CESAXXXX202X

面向異構計算的軟件加載運行技術規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了面向異構計算的軟件加載運行技術要求及對應的測試方法。其中加載過程的技術要

求包含時延、存儲需求、兼容性、完整性、緩存性能；運行過程的技術要求包含響應時間、運行時間、

計算時間、輸入輸出時間、內(nèi)存占用、功耗。

本文件適用于異構計算場景下軟件的設計和使用者。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T25000.40—2018系統(tǒng)與軟件工程系統(tǒng)與軟件質量要求和評價（SQuaRE）第40部分：評

價過程

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

異構計算heterogeneouscomputing

在一個計算系統(tǒng)中，同時使用多種不同體系結構或不同類型的處理器、加速器或協(xié)處理器來執(zhí)行計

算任務或實現(xiàn)業(yè)務功能的計算范式。

3.2

運行時間runtime

軟件從被啟動到完成規(guī)定任務后被操作系統(tǒng)終止所經(jīng)歷的時間。

3.3

完備運行時間completeruntime

軟件代碼及數(shù)據(jù)全部被加載到內(nèi)存中時執(zhí)行所需的時間，軟件在完備運行時不會引發(fā)缺頁中斷。

3.4

存儲盤storagedisk

指代計算機中的所有具有存儲功能的設備，包括固態(tài)盤、硬盤和光盤等。

3.5

1

T/CESAXXXX202X

交互式軟件interactivesoftware

是指通過用戶界面與用戶進行實時互動的軟件。

3.6

內(nèi)核態(tài)kernelmode

是指計算機陷入內(nèi)核，執(zhí)行內(nèi)核代碼的工作狀態(tài)。

3.7

用戶態(tài)usermode

是指進程執(zhí)行非內(nèi)核代碼的工作狀態(tài)。

4概述

在異構計算環(huán)境下，軟件的加載和運行依賴軟件加載技術和軟件運行技術兩個方面。其中，軟件加

載是軟件運行的前提，見圖1：

a)軟件加載技術：軟件加載是計算機操作系統(tǒng)將軟件從外部存儲器載入內(nèi)存的過程。軟件加載分

為本地加載和遠程加載兩種方式。

1)本地加載是操作系統(tǒng)從本機存儲盤中讀取軟件的代碼和數(shù)據(jù)并載入內(nèi)存的過程；

2)遠程加載是操作系統(tǒng)通過網(wǎng)絡從另一設備讀取軟件的代碼和數(shù)據(jù)并載入內(nèi)存的過程。

b)軟件運行技術：軟件運行是軟件在計算機上執(zhí)行其功能的過程，軟件運行分為完備運行和按需

加載運行兩種方式。

1)完備運行是操作系統(tǒng)將軟件的代碼和數(shù)據(jù)全部加載到內(nèi)存后的運行過程，軟件在完備運行

時不會觸發(fā)加載過程；

2)按需加載運行是操作系統(tǒng)一邊運行軟件一邊讀取后續(xù)所需的代碼和數(shù)據(jù)并載入內(nèi)存的過

程。

獲取

軟件運行技術完備運行按需加載運行性能指標

獲取

軟件加載技術本地加載遠程加載性能指標

操作系統(tǒng)

計算機硬件

圖1軟件加載運行技術框架

5技術要求

5.1軟件加載技術要求

5.1.1時延

2

T/CESAXXXX202X

時延是軟件從加載過程開始起，至加載結束時刻止所需的時間。時延要求包括本地加載時延和遠程

加載時延：

a)本地加載時延

操作系統(tǒng)從本機存儲盤中讀取軟件的代碼和數(shù)據(jù)并載入內(nèi)存的時延。交互式軟件加載時延應

小于200ms。

b)遠程加載時延

操作系統(tǒng)通過網(wǎng)絡從另一設備讀取軟件的代碼和數(shù)據(jù)并載入內(nèi)存的時延。交互式軟件加載時

延應小于200ms。

5.1.2存儲盤

加載過程所要求的本機最小存儲盤資源量。軟件進行遠程加載時可選擇是否保存到本地存儲盤。不

需要保存到本地的軟件對存儲盤不做要求，需要保存到本地的軟件其存儲盤要求應小于等于軟件提供

者在發(fā)布軟件時規(guī)定的存儲要求。

5.1.3兼容性

兼容性要求包括設備兼容性和系統(tǒng)兼容性：

a)設備兼容性

軟件與硬件設備相互協(xié)調(diào)工作的程度，即軟件是否適配硬件。對于支持異構系統(tǒng)的軟件，其源

代碼應至少兼容2種及以上類型的異構硬件平臺(GPU/NPU/FPGA/DPU等)。

b)系統(tǒng)兼容性

軟件加載后與操作系統(tǒng)平臺相互協(xié)調(diào)工作的程度?？缙脚_軟件的源代碼應至少適配2種以上

的操作系統(tǒng)平臺。

5.1.4可擴展性

軟件加載到本地后的可擴展程度，即是否能夠在本地添加新的功能模塊。對于可擴展軟件應當在加

載完成后支持本地功能擴展，對于不可擴展軟件不允許在加載后進行功能擴展。

5.1.5完整性

軟件加載部分占完整軟件大小的比例。未使用軟件的全部功能情況下只需要加載軟件的部分代碼，

加載完整性可小于100%。

5.1.6緩存性能

緩存性能包括本地緩存命中率和緩存占用的硬件資源：

a)本地緩存命中率

軟件申請加載所需資源時，從緩存中成功獲得所需資源的概率。緩存機制啟用時必須能夠命中

本地緩存。

b)緩存占用的硬件資源

緩存占用的存儲盤、內(nèi)存等硬件資源量。軟件緩存占用的存儲盤、內(nèi)存資源不能超過軟件加載

運行過程的存儲盤要求和內(nèi)存占用要求。

5.2軟件運行技術要求

5.2.1響應時間

3

T/CESAXXXX202X

響應時間是從用戶啟動軟件到軟件第一次被處理器調(diào)度的排隊時間，軟件從啟動后直到第一次被

處理器調(diào)度才開始進行加載過程。對于交互式軟件，軟件響應時間應小于200ms。

5.2.2運行時間

運行時間要求包括本地運行時間、遠程運行時間和緩存機制下的運行時間：

a)本地運行時間

軟件從本地存儲盤獲取運行所需資源的運行時間，本地運行時間包含缺頁時從盤讀取數(shù)據(jù)的

時間。本地運行時間應大于等于完備運行時間。

b)遠程運行時間

軟件從遠程獲取運行所需資源的運行時間，遠程運行時間包含缺頁時從遠程加載數(shù)據(jù)的時間。

當網(wǎng)絡速度大于盤讀取速度時，遠程運行時間應小于本地運行時間，但大于完備運行時間；當

網(wǎng)絡速度小于盤讀取速度時，遠程運行時間應大于本地運行時間。

c)緩存機制下的運行時間

在緩存機制作用下軟件的運行時間，緩存避免了從盤讀取或是從遠程加載數(shù)據(jù)的部分過程。緩

存機制下的運行時間應小于等于相同條件下無緩存機制下的運行時間。

5.2.3計算時間

計算時間是軟件使用處理器進行計算的總時間。計算時間包括內(nèi)核態(tài)計算時間、用戶態(tài)計算時間和

軟件計算時間：

a)內(nèi)核態(tài)計算時間

軟件在內(nèi)核態(tài)下使用處理器的總時長。I/O密集型軟件會產(chǎn)生內(nèi)核態(tài)計算時間,計算密集型軟

件可能會產(chǎn)生內(nèi)核態(tài)計算時間。

b)用戶態(tài)計算時間

軟件在用戶態(tài)下使用處理器的總時長。內(nèi)核線程不會產(chǎn)生用戶態(tài)計算時間，用戶程序會產(chǎn)生用

戶態(tài)計算時間。

c)軟件計算時間

軟件運行過程中總共使用的處理器時間。軟件在運行過程中會產(chǎn)生計算時間，這個計算時間應

在計算機的運行時長范圍內(nèi)。

5.2.4輸入輸出時間

輸入輸出時間是軟件申請外部設備獲取輸入和進行結果輸出的總時間。需要調(diào)用外設操作的軟件

會產(chǎn)生軟件輸入輸出時間，不調(diào)用外設的軟件則不會產(chǎn)生軟件輸入輸出時間。

5.2.5內(nèi)存占用

軟件運行過程中所需要占用的最大內(nèi)存量。軟件的內(nèi)存占用應小于等于軟件提供者在發(fā)布軟件時

規(guī)定的最大內(nèi)存要求。

5.2.6軟件功耗

運行軟件需要消耗的功率。軟件的功耗不能超過當前處理器的最大功耗。

6測試方法

6.1加載性能

4

T/CESAXXXX202X

6.1.1時延

a)本地加載時延

軟件存儲在本地盤的情況下，本地加載時延X按照公式1給出的方法計算。

X=BA?·············································(1)

式中：

——加載開始時刻；

——加載結束時刻。

????

b)遠程加載時延

????

軟件存儲在遠程服務器的情況下，遠程加載時延X按照公式2給出的方法計算。

X=BA?···············································(2)

式中：

——加載開始時刻；

——加載結束時刻。

????

6.1.2存儲盤????

存儲盤需求X按照公式3給出的方法計算。

X=BA?···············································(3)

式中：

——加載開始前已使用的存儲盤資源量；

——加載完成后已使用的存儲盤資源量。

????

6.1.3兼容性????

a)設備兼容性

設備兼容性判斷軟件的二進制代碼能否被硬件設備執(zhí)行。若軟件二進制代碼能被硬件設備執(zhí)

行，并得到正確執(zhí)行結果，則軟件與硬件設備兼容；反之，軟件與硬件設備不兼容。兼容性

X按照公式4給出的方法計算。

=/·················································(4)

式中：

????????????

——需要測試的全部硬件設備數(shù)；

——能夠兼容的硬件設備數(shù)。

????

b)系統(tǒng)兼容性

????

系統(tǒng)兼容性判斷操作系統(tǒng)能否正確識別并運行軟件。若操作系統(tǒng)能識別并運行軟件，則軟件

與操作系統(tǒng)兼容；反之，軟件與操作系統(tǒng)不兼容。兼容性X按照公式5給出的方法計算。

=/·················································(5)

式中：

????????????

——需要測試的全部操作系統(tǒng)數(shù)；

——能夠兼容的操作系統(tǒng)數(shù)。

????

6.1.4擴展性????

擴展性判斷軟件是否能在原有基礎上添加新的功能模塊。若軟件支持添加新的功能模塊，則

軟件可擴展；否則，軟件不可擴展。擴展性X按照公式6給出的方法計算。

=/·················································(6)

????????????5

T/CESAXXXX202X

式中：

——需要擴展的全部功能模塊數(shù)；

——擴展成功的功能模塊數(shù)。

????

6.1.5完整性????

加載完整性X按照公式7給出的方法計算。

A

X=×100%·············································(7)

B

式中：

——加載的軟件大??；

——完整軟件的總大小。

????

6.1.6緩存????

a)本地緩存命中率

本地緩存命中率X按照公式8給出的方法計算。

A

X=×100%·············································(8)

B

式中：

——從緩存中成功獲得的資源量；

——軟件運行時申請資源總量。

????

b)緩存占用的硬件資源

????

緩存占用的硬件資源X按照公式9給出的方法計算。

X=BA?···············································(9)

式中：

——無緩存機制時運行軟件所需的磁盤資源量；

——緩存機制下軟件運行所需的磁盤資源量。

????

6.2運行性能????

6.2.1響應時間

a)軟件響應時間

軟件響應時間X按照公式10給出的方法計算。

X=BA?·············································(10)

式中：

——啟動軟件的時刻；

——軟件第一次被處理器執(zhí)行的時刻。

????

6.2.2運行時間????

a)本地運行時間

本地運行時間在軟件存儲在本地盤等后備存儲的情況下計算，本地運行時間X按照公式11

給出的方法計算。

6

T/CESAXXXX202X

X=BA?·············································(11)

式中：

——軟件開始運行的時刻；

——軟件完成指定任務的時刻。

????

b)遠程運行時間

????

遠程運行時間在軟件存儲在遠程服務器的情況下計算，遠程運行時間X按照公式12給出的

方法計算。

X=BA?·············································(12)

式中：

——軟件開始運行的時刻；

——軟件完成指定任務的時刻。

????

c)緩存機制下的運行時間

????

開啟緩存機制后，緩存機制下的運行時間X按照公式13給出的方法計算。

X=BA?·············································(13)

式中：

——軟件開始運行的時刻；

——軟件完成指定任務的時刻。

????

6.2.3計算時間????

a)內(nèi)核態(tài)計算時間

內(nèi)核態(tài)計算時間X通過累計軟件在內(nèi)核態(tài)下的處理器使用時間獲得,按照公式14給出的方法

計算。

=··············································(14)

式中：????

????∑????=1????

——內(nèi)核態(tài)下經(jīng)歷的總時間片數(shù)；

——處理器時間片。

????

b)用戶態(tài)計算時間

????

用戶態(tài)計算時間X通過累計軟件在用戶態(tài)下的處理器使用時間獲得,按照公式15給出的方法

計算。

=··············································(15)

式中：????

????∑????=1????

——