《面向异构计算的软件加载运行技术规范》

ICS35.240

CCSL70

团体标准

T/CESAXXXX-202X

面向异构计算的软件加载运行技术

规范

Specificationofsoftwareloadingandrunningtechniquesforheterogeneous

computing

征求意见稿

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

已授权的专利证明材料为专利证书复印件或扉页，已公开但尚未授权的专利申

请证明材料为专利公开通知书复印件或扉页，未公开的专利申请的证明材料为专利

申请号和申请日期。

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中国电子工业标准化技术协会发布

T/CESAXXXX202X

面向异构计算的软件加载运行技术规范

1范围

本文件规定了面向异构计算的软件加载运行技术要求及对应的测试方法。其中加载过程的技术要

求包含时延、存储需求、兼容性、完整性、缓存性能；运行过程的技术要求包含响应时间、运行时间、

计算时间、输入输出时间、内存占用、功耗。

本文件适用于异构计算场景下软件的设计和使用者。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T25000.40—2018系统与软件工程系统与软件质量要求和评价（SQuaRE）第40部分：评

价过程

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

异构计算heterogeneouscomputing

在一个计算系统中，同时使用多种不同体系结构或不同类型的处理器、加速器或协处理器来执行计

算任务或实现业务功能的计算范式。

3.2

运行时间runtime

软件从被启动到完成规定任务后被操作系统终止所经历的时间。

3.3

完备运行时间completeruntime

软件代码及数据全部被加载到内存中时执行所需的时间，软件在完备运行时不会引发缺页中断。

3.4

存储盘storagedisk

指代计算机中的所有具有存储功能的设备，包括固态盘、硬盘和光盘等。

3.5

1

T/CESAXXXX202X

交互式软件interactivesoftware

是指通过用户界面与用户进行实时互动的软件。

3.6

内核态kernelmode

是指计算机陷入内核，执行内核代码的工作状态。

3.7

用户态usermode

是指进程执行非内核代码的工作状态。

4概述

在异构计算环境下，软件的加载和运行依赖软件加载技术和软件运行技术两个方面。其中，软件加

载是软件运行的前提，见图1：

a)软件加载技术：软件加载是计算机操作系统将软件从外部存储器载入内存的过程。软件加载分

为本地加载和远程加载两种方式。

1)本地加载是操作系统从本机存储盘中读取软件的代码和数据并载入内存的过程；

2)远程加载是操作系统通过网络从另一设备读取软件的代码和数据并载入内存的过程。

b)软件运行技术：软件运行是软件在计算机上执行其功能的过程，软件运行分为完备运行和按需

加载运行两种方式。

1)完备运行是操作系统将软件的代码和数据全部加载到内存后的运行过程，软件在完备运行

时不会触发加载过程；

2)按需加载运行是操作系统一边运行软件一边读取后续所需的代码和数据并载入内存的过

程。

获取

软件运行技术完备运行按需加载运行性能指标

获取

软件加载技术本地加载远程加载性能指标

操作系统

计算机硬件

图1软件加载运行技术框架

5技术要求

5.1软件加载技术要求

5.1.1时延

2

T/CESAXXXX202X

时延是软件从加载过程开始起，至加载结束时刻止所需的时间。时延要求包括本地加载时延和远程

加载时延：

a)本地加载时延

操作系统从本机存储盘中读取软件的代码和数据并载入内存的时延。交互式软件加载时延应

小于200ms。

b)远程加载时延

操作系统通过网络从另一设备读取软件的代码和数据并载入内存的时延。交互式软件加载时

延应小于200ms。

5.1.2存储盘

加载过程所要求的本机最小存储盘资源量。软件进行远程加载时可选择是否保存到本地存储盘。不

需要保存到本地的软件对存储盘不做要求，需要保存到本地的软件其存储盘要求应小于等于软件提供

者在发布软件时规定的存储要求。

5.1.3兼容性

兼容性要求包括设备兼容性和系统兼容性：

a)设备兼容性

软件与硬件设备相互协调工作的程度，即软件是否适配硬件。对于支持异构系统的软件，其源

代码应至少兼容2种及以上类型的异构硬件平台(GPU/NPU/FPGA/DPU等)。

b)系统兼容性

软件加载后与操作系统平台相互协调工作的程度。跨平台软件的源代码应至少适配2种以上

的操作系统平台。

5.1.4可扩展性

软件加载到本地后的可扩展程度，即是否能够在本地添加新的功能模块。对于可扩展软件应当在加

载完成后支持本地功能扩展，对于不可扩展软件不允许在加载后进行功能扩展。

5.1.5完整性

软件加载部分占完整软件大小的比例。未使用软件的全部功能情况下只需要加载软件的部分代码，

加载完整性可小于100%。

5.1.6缓存性能

缓存性能包括本地缓存命中率和缓存占用的硬件资源：

a)本地缓存命中率

软件申请加载所需资源时，从缓存中成功获得所需资源的概率。缓存机制启用时必须能够命中

本地缓存。

b)缓存占用的硬件资源

缓存占用的存储盘、内存等硬件资源量。软件缓存占用的存储盘、内存资源不能超过软件加载

运行过程的存储盘要求和内存占用要求。

5.2软件运行技术要求

5.2.1响应时间

3

T/CESAXXXX202X

响应时间是从用户启动软件到软件第一次被处理器调度的排队时间，软件从启动后直到第一次被

处理器调度才开始进行加载过程。对于交互式软件，软件响应时间应小于200ms。

5.2.2运行时间

运行时间要求包括本地运行时间、远程运行时间和缓存机制下的运行时间：

a)本地运行时间

软件从本地存储盘获取运行所需资源的运行时间，本地运行时间包含缺页时从盘读取数据的

时间。本地运行时间应大于等于完备运行时间。

b)远程运行时间

软件从远程获取运行所需资源的运行时间，远程运行时间包含缺页时从远程加载数据的时间。

当网络速度大于盘读取速度时，远程运行时间应小于本地运行时间，但大于完备运行时间；当

网络速度小于盘读取速度时，远程运行时间应大于本地运行时间。

c)缓存机制下的运行时间

在缓存机制作用下软件的运行时间，缓存避免了从盘读取或是从远程加载数据的部分过程。缓

存机制下的运行时间应小于等于相同条件下无缓存机制下的运行时间。

5.2.3计算时间

计算时间是软件使用处理器进行计算的总时间。计算时间包括内核态计算时间、用户态计算时间和

软件计算时间：

a)内核态计算时间

软件在内核态下使用处理器的总时长。I/O密集型软件会产生内核态计算时间,计算密集型软

件可能会产生内核态计算时间。

b)用户态计算时间

软件在用户态下使用处理器的总时长。内核线程不会产生用户态计算时间，用户程序会产生用

户态计算时间。

c)软件计算时间

软件运行过程中总共使用的处理器时间。软件在运行过程中会产生计算时间，这个计算时间应

在计算机的运行时长范围内。

5.2.4输入输出时间

输入输出时间是软件申请外部设备获取输入和进行结果输出的总时间。需要调用外设操作的软件

会产生软件输入输出时间，不调用外设的软件则不会产生软件输入输出时间。

5.2.5内存占用

软件运行过程中所需要占用的最大内存量。软件的内存占用应小于等于软件提供者在发布软件时

规定的最大内存要求。

5.2.6软件功耗

运行软件需要消耗的功率。软件的功耗不能超过当前处理器的最大功耗。

6测试方法

6.1加载性能

4

T/CESAXXXX202X

6.1.1时延

a)本地加载时延

软件存储在本地盘的情况下，本地加载时延X按照公式1给出的方法计算。

X=BA−·············································(1)

式中：

——加载开始时刻；

——加载结束时刻。

𝐴𝐴

b)远程加载时延

𝐵𝐵

软件存储在远程服务器的情况下，远程加载时延X按照公式2给出的方法计算。

X=BA−···············································(2)

式中：

——加载开始时刻；

——加载结束时刻。

𝐴𝐴

6.1.2存储盘𝐵𝐵

存储盘需求X按照公式3给出的方法计算。

X=BA−···············································(3)

式中：

——加载开始前已使用的存储盘资源量；

——加载完成后已使用的存储盘资源量。

𝐴𝐴

6.1.3兼容性𝐵𝐵

a)设备兼容性

设备兼容性判断软件的二进制代码能否被硬件设备执行。若软件二进制代码能被硬件设备执

行，并得到正确执行结果，则软件与硬件设备兼容；反之，软件与硬件设备不兼容。兼容性

X按照公式4给出的方法计算。

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

式中：

𝑋𝑋𝐵𝐵𝐴𝐴

——需要测试的全部硬件设备数；

——能够兼容的硬件设备数。

𝐴𝐴

b)系统兼容性

𝐵𝐵

系统兼容性判断操作系统能否正确识别并运行软件。若操作系统能识别并运行软件，则软件

与操作系统兼容；反之，软件与操作系统不兼容。兼容性X按照公式5给出的方法计算。

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

式中：

𝑋𝑋𝐵𝐵𝐴𝐴

——需要测试的全部操作系统数；

——能够兼容的操作系统数。

𝐴𝐴

6.1.4扩展性𝐵𝐵

扩展性判断软件是否能在原有基础上添加新的功能模块。若软件支持添加新的功能模块，则

软件可扩展；否则，软件不可扩展。扩展性X按照公式6给出的方法计算。

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

𝑋𝑋𝐵𝐵𝐴𝐴5

T/CESAXXXX202X

式中：

——需要扩展的全部功能模块数；

——扩展成功的功能模块数。

𝐴𝐴

6.1.5完整性𝐵𝐵

加载完整性X按照公式7给出的方法计算。

A

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

B

式中：

——加载的软件大小；

——完整软件的总大小。

𝐴𝐴

6.1.6缓存𝐵𝐵

a)本地缓存命中率

本地缓存命中率X按照公式8给出的方法计算。

A

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

B

式中：

——从缓存中成功获得的资源量；

——软件运行时申请资源总量。

𝐴𝐴

b)缓存占用的硬件资源

𝐵𝐵

缓存占用的硬件资源X按照公式9给出的方法计算。

X=BA−···············································(9)

式中：

——无缓存机制时运行软件所需的磁盘资源量；

——缓存机制下软件运行所需的磁盘资源量。

𝐴𝐴

6.2运行性能𝐵𝐵

6.2.1响应时间

a)软件响应时间

软件响应时间X按照公式10给出的方法计算。

X=BA−·············································(10)

式中：

——启动软件的时刻；

——软件第一次被处理器执行的时刻。

𝐴𝐴

6.2.2运行时间𝐵𝐵

a)本地运行时间

本地运行时间在软件存储在本地盘等后备存储的情况下计算，本地运行时间X按照公式11

给出的方法计算。

6

T/CESAXXXX202X

X=BA−·············································(11)

式中：

——软件开始运行的时刻；

——软件完成指定任务的时刻。

𝐴𝐴

b)远程运行时间

𝐵𝐵

远程运行时间在软件存储在远程服务器的情况下计算，远程运行时间X按照公式12给出的

方法计算。

X=BA−·············································(12)

式中：

——软件开始运行的时刻；

——软件完成指定任务的时刻。

𝐴𝐴

c)缓存机制下的运行时间

𝐵𝐵

开启缓存机制后，缓存机制下的运行时间X按照公式13给出的方法计算。

X=BA−·············································(13)

式中：

——软件开始运行的时刻；

——软件完成指定任务的时刻。

𝐴𝐴

6.2.3计算时间𝐵𝐵

a)内核态计算时间

内核态计算时间X通过累计软件在内核态下的处理器使用时间获得,按照公式14给出的方法

计算。

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

式中：𝑛𝑛

𝑋𝑋∑𝑘𝑘=1𝑇𝑇

——内核态下经历的总时间片数；

——处理器时间片。

𝑛𝑛

b)用户态计算时间

𝑇𝑇

用户态计算时间X通过累计软件在用户态下的处理器使用时间获得,按照公式15给出的方法

计算。

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

式中：𝑛𝑛

𝑋𝑋∑𝑘𝑘=1𝑇𝑇

——