DE102004004795B4 - Multiprocessor system and method for operating a multiprocessor system - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Betrieb eines Mehrprozessorsystems mit einer Mehrzahl von Prozessoren
(11 bis 14) und mit einem Systemspeicher (25), in dem Code gespeichert
ist, der zur Ausführung
durch einen der Prozessoren (11 bis 14) vorgesehen ist,
wobei
der Systemspeicher (25) in mehrere Speicherbereiche (26 bis 29)
unterteilt ist und wobei in jedem Speicherbereich (26 bis 29) ein
genau für
einen der Prozessoren (11 bis 14) vorgesehener Code enthalten ist,
dadurch
gekennzeichnet,
dass der Code Information zur Position der
Speicherbereiche (26 bis 29) im Systemspeicher (25) umfasst.A method of operating a multiprocessor system having a plurality of processors (11 to 14) and a system memory (25) storing code for execution by one of the processors (11 to 14),
wherein the system memory (25) is subdivided into a plurality of memory areas (26 to 29) and wherein in each memory area (26 to 29) a code intended precisely for one of the processors (11 to 14) is contained,
characterized,
in that the code comprises information about the position of the memory areas (26 to 29) in the system memory (25).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mehr- oder Multiprozessorsystems. Die Erfindung betrifft ebenfalls das nach dem Verfahren arbeitende Mehr- oder Multiprozessor- system. Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf ein Mehrprozessorsystem oder ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mehrprozessorsystems, das zur Anwendung im Bereich der Automatisierung technischer Prozesse vorgesehen ist.The The invention relates to a method for operating a multiprocessor or multiprocessor system. The invention also relates to working by the method Multiprocessor or multiprocessor system. The invention preferably relates to a multiprocessor system or a method of operating a Such a multiprocessor system for use in the field of automation technical processes is provided.
Ein Mehr- oder Multiprozessorsystem zeichnet sich im Gegensatz zu einem Einzelprozessorsystem durch eine Mehrzahl von Verarbeitungseinheiten, also Prozessoren, ASICs oder dergleichen, im Folgenden zusammenfassend als Prozessoren bezeichnet, aus. Die einzelnen Prozessoren verarbeiten gleichzeitig einzelne unabhängige Steuerungsprogramme oder unabhängige Teile eines einzelnen Steuerungsprogramms, im Folgenden zusammenfassend ebenfalls als Steuerungsprogramm bezeichnet. Bei der Anwendung des Mehrprozessorsystems zur Automatisierung technischer Prozesse handelt es sich bei dem oder jedem solchen Steuerungsprogramm um ein Programm, das zur Be- und Verarbeitung von Daten aus dem technischen Prozess und zur Ausgabe von Steuerungsbefehlen an den technischen Prozess, etwa zum Ein- oder Ausschalten einzelner Geräte, vorgesehen ist.One Multiprocessor or multiprocessor system stands out in contrast to one Single-processor system by a plurality of processing units, So processors, ASICs or the like, summarizing below referred to as processors. The individual processors process at the same time single independent Control programs or independent Parts of a single control program, summarized below also referred to as a control program. In the application of the It is a multiprocessor system for the automation of technical processes the program or any such control program is a program that for processing and processing data from the technical process and for issuing control commands to the technical process, about to turn on or off of individual devices, is provided.
Das oder jedes Steuerungsprogramm ist in einem dem jeweiligen Prozessor zugeordneten Arbeitsspeicher abgelegt. Des Weiteren ist ein Systemspeicher vorgesehen, in dem einzelne oder mehrere, für die einzelnen Prozessoren vorgesehene Steuerungsprogramme gespeichert sind. Bei dem oder jedem Steuerungsprogramm handelt es sich entweder um ein direkt ausführbares oder um ein noch nicht direkt ausführbares und daher z. B. transformierungsbedürftiges Steuerungsprogramm. Das oder jedes Steuerungsprogramm ist in dem Systemspeicher in einer dauerhaften (remanenten), insbesondere gegen Spannungsverlust geschützten Form gespeichert. Der Systemspeicher ist ein Datenträger in Form eines magnetischen, optischen oder magnetooptischen Speichers (Diskette, CD-ROM oder dergleichen) oder eines Halbleiterspeichers (ROM, PROM, EPROM, EEPROM oder dergleichen). Bevorzugt ist der Systemspeicher als Halbleiterspeicher in Form eines so genannten Flash-Speichers ausgeführt.The or each control program is in a respective processor allocated memory allocated. There is also a system memory provided in the single or multiple, for each processor provided control programs are stored. In the or each Control program is either a directly executable or a not yet directly executable and therefore z. B. transformation-requiring Control program. The or each control program is in the System memory in a permanent (remanent), especially against Voltage loss protected Form saved. The system memory is a disk in the form a magnetic, optical or magneto-optical memory (disk, CD-ROM or the like) or a semiconductor memory (ROM, PROM, EPROM, EEPROM or the like). The system memory is preferred designed as a semiconductor memory in the form of a so-called flash memory.
Zum Ändern oder Aktualisieren (Update) des Steuerungsprogramms ist neben dem Systemspeicher ein Updatemedium erforderlich. Das Updatemedium ist wie der Systemspeicher ein Datenträger in Form eines magnetischen, optischen oder magnetooptischen Speichers (Diskette, CD-ROM oder dergleichen) oder eines Halbleiterspeichers (ROM, PROM, EPROM, EEPROM oder dergleichen). Das Updatemedium enthält das geänderte oder aktualisierte Steuerungsprogramm in codierter Form. Im Folgenden wird daher, auch soweit der Systemspeicher betroffen ist, allgemein von Programmcode oder Code gesprochen. Vom Updatemedium wird der geänderte oder aktualisierte Code in den Systemspeicher und von dort in den Arbeitsspeicher der einzelnen Prozessoren übertragen. Der Transfer des Codes in den Arbeitsspeicher eines einzelnen Prozessors erfolgt dabei derart, dass eine direkte Ausführung des Steuerungsprogramms oder des jeweiligen Abschnitts des Steuerungsprogramms durch den einzelnen Prozessor bei dessen Neustart möglich ist. D. h., bei einem transformierungsbedürftigen Code erfolgt die Transformation, also z. B. die Umwandlung noch nicht direkt ausführbaren Codes in direkt ausführbaren Code, beim Transfer in den Arbeitsspeicher des jeweiligen Prozessors.To change or Updating (updating) the control program is next to system memory an update medium required. The update medium is like the system memory a disk in the form of a magnetic, optical or magneto-optical memory (Floppy disk, CD-ROM or the like) or a semiconductor memory (ROM, PROM, EPROM, EEPROM or the like). The update medium contains the changed or updated control program in coded form. Hereinafter Therefore, even as far as the system memory is concerned, general spoken by program code or code. From the update medium is the modified or updated code in the system store and from there into the Transfer memory of each processor. The transfer of Codes into the memory of a single processor takes place such that a direct execution of the control program or the particular section of the control program by the individual Processor at its restart possible is. In other words, in the case of a code requiring transformation, the transformation takes place. So z. As the conversion is not directly executable code in directly executable Code, when transferring to the memory of the respective processor.
Bekannt sind bisher im Bereich des Anwendungsgebietes der Industrieautomation die folgenden beiden Konzepte für Mehrprozessorsysteme.Known are so far in the field of application of industrial automation the following two concepts for Multiprocessor systems.
Eines der Konzepte ist unter dem Fachbegriff „Tico-Board-Architektur" bekannt. Dabei ist jedem Prozessor ein eigener Systemspeicher in Form eines Flash-Speichers zugeordnet, der zur insbesondere dauerhaften Zwischenspeicherung des Steuerungsprogramms sowie ggf. weiterer Systemsoftware, z. B. der so genannten Firmware, vorgesehen ist. Jeder Prozessor kann nach dem Einschalten direkt aus dem ihm zugeordneten Systemspeicher booten. Er beginnt unmittelbar mit der Abarbeitung des ihm durch Ablegen in dem jeweiligen Systemspeicher zugeordneten Codes. Eine Synchronisation mit den anderen Prozessoren (Nachbarprozessoren) erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt.One The concepts are known by the technical term "tico board architecture" Each processor has its own system memory in the form of a flash memory assigned to the particular permanent caching the control program and possibly other system software, eg. B. the so-called firmware, is provided. Each processor can after booting directly from its associated system memory. He begins immediately with the processing of him by dropping in the respective system memory associated codes. A synchronization with the other processors (neighbor processors) takes place to one later Time.
Der Vorteil dieses Konzeptes besteht darin, dass die Generierung der einzelnen Steuerungsprogramme für die jeweiligen Prozessoren unabhängig voneinander erfolgen kann, weil jedem Prozessor ein eigener Systemspeicher zugeordnet ist.Of the The advantage of this concept is that the generation of the individual control programs for the respective processors independently can be done because each processor assigned its own system memory is.
Nachteilig bei diesem Konzept ist neben dem erhöhten Hardwarebedarf jedoch, dass die Größe der einzelnen Systemspeicher festliegt, so dass eine Übertragung geänderten Codes, der die Kapazität des jeweiligen Systemspeichers überschreitet, nicht möglich ist. Des Weiteren muss jeder Prozessor seine Systemsoftware selbst aktualisieren.adversely with this concept, however, in addition to the increased hardware requirements, that the size of each System memory is fixed so that a transmission changed Codes, the capacity of the exceeds the respective system memory, not possible is. Furthermore, each processor must own its system software To update.
Das andere Konzept ist unter der Bezeichnung „Asic-Kern-Architektur" bekannt. Es basiert darauf, dass einer der beteiligten Prozessoren als Hauptprozessor fungiert, der den Code an die verbleibenden Prozessoren verteilt. Die anderen Prozessoren warten darauf, dass die Systemsoftware, also z. B. die Firmware, in deren Arbeitsspeicher kopiert wird, und laufen auf Kommando los, d. h., sie beginnen mit der Abarbeitung der Programmanweisungen in ihrem Arbeitsspeicher.The other concept is known as "Asic Core Architecture." It is based on one of the participating processors acting as the main processor, distributing the code to the remaining processors, while the other processors are waiting for the system software, such B. the firmware, in their memory ko piert, and run on command, that is, they begin to process the program statements in their memory.
Der Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass nur ein remanenter Speicher im System erforderlich ist. Dieser ist für die einzelnen Codeteile aufteilbar. Des Weiteren ist das Update einfach, da nur ein Systemspeicher vom Hauptprozessor neu beschrieben werden muss.Of the Advantage of this concept is that only a retentive memory is required in the system. This can be split up for the individual code parts. Furthermore, the update is easy, since only one system memory from the Main processor must be rewritten.
Der Nachteil dieses Konzeptes besteht darin, dass die Aufteilung des Systemspeichers starr ist, weil der Beginn der einzelnen Speicherbereiche im Systemspeicher bekannt sein muss, damit der Hauptprozessor für jeden Prozessor auf den diesem zugeordneten Code zugreifen kann.Of the Disadvantage of this concept is that the division of the System memory is rigid because of the beginning of each memory area must be known in the system memory so that the main processor for each Processor can access the associated code.
Aus
der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mehrprozessorsystem sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden oder deren Auswirkung verringert wird, so dass sich insgesamt ein effizientes und leicht handhabbares System bzw. Verfahren ergibt.Of the The invention is therefore based on the object, a multiprocessor system and to provide a method of operation in which the above-mentioned Disadvantages are avoided or their effect is reduced, so that overall an efficient and easy to handle system or method results.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist vorgesehen bei einem Verfahren zum Betrieb eines Mehrprozessorsystems mit einer Mehrzahl von Prozessoren und mit einem Systemspeicher, in dem Code gespeichert ist, der zur Ausführung durch die Prozessoren bestimmt ist, wobei der Systemspeicher in mehrere Speicherbereiche unterteilt ist und wobei in jedem Speicherbereich ein genau für einen der Prozessoren bestimmter Code enthalten ist, dass der Code Information zur Position der Speicherbereiche im Systemspeicher umfasst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved. This is provided in a method for operating a multiprocessor system with a plurality of processors and with a system memory, stored in the code that is to be executed by the processors is determined, the system memory in several memory areas is subdivided and whereby in each storage area an exactly for one The processors of certain code included is that of the code information to the location of the memory areas in the system memory.
Auf diese Weise können die einzelnen Speicherbereiche im Systemspeicher direkt aneinander anschließen. Es besteht also anders als bei starren, vorgegebenen Startadressen der einzelnen Speicherbereiche die Möglichkeit, jede Speicherstelle des Systemspeichers auszunutzen. Wenn in einem der Speicherbereiche nur eine geringe Codemenge enthalten ist, steht der bisher aufgrund der starren Struktur der Speicherbereiche verlorene, frei bleibende Platz im betreffenden Speicherbereich für den Code der anderen Speicherbereiche zur Verfügung.On this way you can the individual memory areas in the system memory directly to each other connect. So it is different than with rigid, predetermined start addresses the individual storage areas the possibility of each storage location of the system memory. If in one of the memory areas only a small amount of code is included, is the previously due the rigid structure of the storage areas lost, vacant Space in the memory area concerned for the code of the other memory areas to disposal.
Die Vorteile der Erfindung sind vielfältig. Sie bestehen unter anderem darin, dass nur ein remanenter Speicher benötigt wird, der Systemspeicher, und dass beim Update lediglich das Kopieren des auf dem Updatemedium enthaltenen Codes in einen Speicher, nämlich den Systemspeicher, erforderlich ist. Bei der Generierung des Codes für das Update des Mehrprozessorsystems können die Startadressen oder sonst geeignete Informationen zur Position der einzelnen Codeeinheiten, die später unterschiedlichen Prozessoren zugeordnet werden, ermittelt werden.The Advantages of the invention are many. They consist among other things in that only a retentive memory is needed, the system memory, and that with the update only the copying of the on the update medium contained codes in a memory, namely the system memory, is required. When generating the code for the update of the multiprocessor system can be the start addresses or otherwise suitable information about the position of the individual code units, The later be assigned to different processors are determined.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Wenn die Anzahl der Speicherbereiche im Systemspeicher der Anzahl der Prozessoren entspricht, ergibt sich eine besonders einfache Zuordnung der Speicherbereiche und der jeweiligen Inhalte zu den einzelnen Prozessoren. Im Einzelfall kann ein Speicherbereich für einen nicht vorhandenen Prozessor oder einen Prozessor, für den kein Update verfügbar oder nicht erforderlich ist, die Länge „Null" haben. D. h., der jeweilige Speicherbereich und der nächstfolgende Speicherbereich beginnen im Systemspeicher an der gleichen Adresse. Auch ein solcher Speicherbereich der Länge „Null" wird noch als Speicherbereich aufgefasst, so dass die direkte Zuordnung der im Systemspeicher aufeinander folgenden Speicherbereiche zu den einzelnen Prozessoren des Mehrprozessorsystems erhalten bleibt.If the number of memory areas in the system memory of the number of Corresponds to processors, results in a particularly simple assignment the memory areas and the respective content to the individual Processors. In a particular case, a storage area for a non-existent processor or a processor for which no Update available or is not required to have the length "zero." That is, the respective memory area and the next Memory area begin in system memory at the same address. Even such a storage area of length "zero" is still regarded as storage area, allowing the direct allocation of system memory in one another following memory areas to the individual processors of the multiprocessor system preserved.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Ermittlung der Startadressen der einzelnen Speicherbereiche im Systemspeicher ergibt sich, wenn die Information zur Position der Speicherbereiche Daten zur Größe der Speicherbereiche umfasst. Dann kann durch Addieren der Größeninformation, ggf. unter Berücksichtigung einer bekannten Startadresse des Systemspeichers, die jeweilige Startadresse der einzelnen Speicherbereiche im Systemspeicher ermittelt werden.A particularly easy way for determining the start addresses of the individual memory areas in the system memory results when the information about the position the memory areas comprises data on the size of the memory areas. Then, by adding the size information, if necessary under consideration a known start address of the system memory, the respective Start address of the individual memory areas in the system memory determined become.
Zum automatischen Update des Mehrprozessorsystems ist bevorzugt vorgesehen, dass ein erster Speicherbereich im Systemspeicher als Hauptprozessorspeicherbereich einem als Hauptprozessor fungierenden Prozessor zugeordnet ist, dass der Hauptprozessorspeicherbereich einen Konfigurationsbereich und der Konfigurationsbereich die Information zur Position der Speicherbereiche umfasst. Dann kann der Hauptprozessor im Sinne eines definierten Startvorgangs des Mehrprozessorsystems als erster Prozessor gestartet werden, dem durch Zugriff auf den Hauptprozessorspeicherbereich und den zugehörigen Konfigurationsbereich unmittelbar alle benötigten Informationen zum Layout des Inhalts des Systemspeichers, also zur Position und/oder zur Größe der einzelnen Speicherbereiche, zur Verfügung stehen.For the automatic update of the multiprocessor system, it is preferably provided that a first memory area in the system memory is assigned to a processor acting as a main processor memory area, that the main processor memory area comprises a configuration area and the configuration area contains the information about the position of the memory areas. Then, the main processor can be started in terms of a defined startup of the multiprocessor system as the first processor, which by accessing the main processor memory area and the associated configuration area immediately all the information required for the layout of the contents of the system memory, so the position and / or the size of the individual memory areas are available.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Neustart des Mehrprozessorsystems der Hauptprozessor direkt aus dem Hauptprozessorspeicherbereich des Systemspeichers bootet und dass der Hauptprozessor anhand der Positionsinformation im Konfigurationsbereich die Startadresse der dem Hauptprozessorspeicherbereich nachfolgenden Speicherbereiche ermittelt und den darin enthaltenen Code jeweils in einem dem zugehörigen Prozessor zugeordneten Arbeitsspeicher kopiert. Auf diese Weise werden die einzelnen Prozessoren des Mehrprozessorsystems unmittelbar beim Neustart mit dem für sie jeweils vorgesehenen Code versorgt. Dies erleichtert die Koordination des Neustarts und eine zu einem späteren Zeitpunkt erforderliche Synchronisation der einzelnen Prozessoren, weil nach dem Abschluss eines solchen Kopiervorgangs zumindest hinsichtlich der Verfügbarkeit der aktuellen Steuerungsprogramme für jeden Prozessor definierte Verhältnisse vorliegen.Further it is preferably provided that when restarting the multiprocessor system the main processor directly from the main processor memory area the system memory boots and that the main processor based on the Position information in the configuration area the start address of the the main processor memory area subsequent memory areas determined and the code contained therein in each case assigned to the associated processor Memory is copied. That way, the individual processors of the multiprocessor system immediately upon reboot with the one for each of them supplied code. This facilitates the coordination of the Restarts and one at a later time Timing required synchronization of each processor, because after completing such a copying process at least in terms of the availability defined the current control programs for each processor conditions available.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hauptprozessor nach dem Kopieren des im jeweiligen Speicherbereich enthaltenen Codes in den jeweiligen Arbeitsspeicher des zugehörigen Prozessors diesen startet.According to one advantageous embodiment, it is provided that the main processor after copying the one contained in the respective memory area Codes in the respective memory of the associated processor this starts.
Der Start der einzelnen Prozessoren kann mit einer ersten Synchronisation der Prozessoren verknüpft werden, wenn deren Start durch den Hauptprozessor erfolgt, nachdem oder sobald das Kopieren auch für den letzten Prozessor abgeschlossen ist.Of the Start of each processor can with a first synchronization linked to the processors when it is started by the main processor after or once copying too for the last processor is completed.
Der Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen besteht damit insbesondere darin, dass aufgrund der beschriebenen dynamischen Ermittlung der Position der einzelnen Speicherbereiche die Codegenerierung und der Startprozess stets unverändert ablaufen können. Dies ist insbesondere für frühe Entwicklungsphasen des Steuerungsprogramms wichtig, während derer sich die einzelnen Codemengen für die jeweiligen Prozessoren häufig ändern. Des Weiteren ist bereits bei der Codegenerierung eine Kontrolle dahin gehend möglich, ob der generierte Code noch in den Systemspeicher passt und somit das Update noch möglich ist.Of the Advantage of the invention and its embodiments is thus in particular in that due to the described dynamic determination of the Position of each memory area the code generation and the starting process always unchanged can expire. This is especially for early stages of development of the control program, during which the individual Code quantities for the respective processors change frequently. Of Furthermore, there is already a control during the code generation going on possible whether the generated code still fits in the system memory and thus the update still possible is.
Schließlich wird im Systemspeicher stets nur so viel Speicherplatz belegt, wie für den generierten Code benötigt wird. Ein früher ggf. erforderlich werdendes Umschichten aufgrund einzelner zu klein oder zu groß angelegter Speicherbereiche im Systemspeicher kann nicht mehr vorkommen.Finally will always occupies only as much memory in the system memory as for the generated code needed becomes. An early one If necessary, redeployment due to individual is too small or too large Memory areas in the system memory can no longer occur.
Schließlich ergibt sich ein Vorteil dadurch, dass das beschriebene Verfahren nicht beeinträchtigt wird, wenn es unter der Kontrolle von Fehlerermittlungsprogrammen (Debugger) und dergleichen ausgeführt wird, da auch bei der Ausführung des Verfahrens unter der Kontrolle eines solchen Debuggers alle Prozessoren stets mit dem aktuellen Code versorgt werden.Finally results an advantage in that the method described is not is impaired, if it is under the control of fault-finding programs (debuggers) and the like will, as in the execution of the process under the control of such a debugger all Processors are always supplied with the current code.
Der Code in den dem Hauptprozessorspeicherbereich nachfolgenden Speicherbereichen kann zur noch besseren Ausnutzung des im Systemspeicher zur Verfügung stehenden Speicherplatzes auch komprimiert werden, so dass beim Umkopieren in den Arbeitsspeicher des jeweiligen Prozessors eine Dekomprimierung des komprimierten Codes erfolgt. Diese Dekomprimierung über nimmt dann insbesondere der Hauptprozessor, und zwar bevorzugt unmittelbar während des Kopierens.Of the Code in the main processor memory area subsequent memory areas for even better utilization of the available in the system memory Memory also be compressed, so when copying in the memory of the respective processor decompression of the compressed code. This decompression takes over then in particular the main processor, preferably directly while of copying.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.following is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained. each other corresponding items or elements are in all figures with the same reference numerals Mistake.
Darin zeigen:In this demonstrate:
Ein
solches Mehrprozessorsystem
Zum
Aktualisieren der Steuerungsprogramme
Wie
durch die Pfeile angedeutet, ist der in den jeweiligen Speicherbereichen
Der
Hauptprozessorspeicherbereich
Der
Konfigurationsbereich
Alternativ
oder zusätzlich
zur Größeninformation
können
auch direkt die jeweiligen Adressen im Systemspeicher
Der
Konfigurationsbereich
Damit
lässt sich
die Erfindung kurz wie folgt darstellen:
Das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb eines Mehrprozessorsystems sowie das nach dem Verfahren
arbeitende Mehrprozessorsystem mit einer Mehrzahl von Prozessoren
The method according to the invention for operating a multiprocessor system and the multiprocessor system operating according to the method with a plurality of processors
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DE200410004795 DE102004004795B4 (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Multiprocessor system and method for operating a multiprocessor system |
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EP1126369A2 (en) * | 2000-02-17 | 2001-08-22 | International Business Machines Corporation | Method and system for supporting multiple operating systems on the same disk running on different computers at the same time |
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2004
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