Tudd Intuíció, előadás, többprocesszoros és multicomputer rendszer

Többprocesszoros és multicomputer rendszer

Jelenleg a trend a fejlesztés a mikroprocesszorok és rendszerek azokon alapuló céllal, hogy növekedjen a termelékenység növelése. Számítási képességeket bármelyik rendszer érik el a legnagyobb teljesítményű a két tényező:

a nagy sebességű elemek és párhuzamos végrehajtását nagyszámú műveleteket. Útvonal összefüggésben nőtt a teljesítmény az egyes mikroprocesszorok, megbeszéltük az előző fejezetekben, és ebben az előadásban fog összpontosítani kérdéseit információfeldolgozás párhuzamosság.

Számos módja van az osztályozás párhuzamos feldolgozó rendszerek. Szerint -vidimomu, a legkorábbi és legismertebb osztályozása számítógépes architektúra, javasolt 1966-ban M. Flynn. A besorolás alapja a koncepció áramlás, amely úgy definiálható, mint elemek sorozatát, parancsokat vagy adatokat feldolgozó által feldolgozott. Alapján folyamok száma parancsok és adatfolyamok négy osztályát architektúrák:

SISD (Single utasításfolyamukat / egyetlen adatfolyam) - egyetlen utasítás áramot és egyetlen adatfolyamot. Ebbe az osztályba tartozik, főként klasszikus szekvenciális gép, vagy pedig a gép Neumann típusú. Az ilyen gépek, csak egy szál. Minden parancs feldolgozása szekvenciálisan egymás után, és minden parancs elindítja egyetlen művelet egyetlen adatfolyamot. Nem számít, hogy a növekedés a feldolgozás sebességét parancsok és a processzor sebessége aritmetikai műveletek használhatja pipeline. Ebben az értelmezésben az ebbe az osztályba tartozó készülék valójában nem kapcsolódik a párhuzamos rendszereket.

SIMD (Single Instruction vízfolyás / Multiple Data stream) - egyetlen utasítás áramot és több adatfolyam. Ami egy mikroprocesszor, ez a megközelítés hajtották végre MMX - és az SSE - kiterjesztés a modern mikroprocesszorok. Mikroprocesszor SIMD típusú rendszerek egy nagyszámú azonos feldolgozó elem. amelynek saját memóriájába. Minden feldolgozási elem egy ilyen gép végezze el ugyanazt a programot. Ez lehetővé teszi, hogy végre egy számtani művelet egyszerre sok adat - elementamivektora. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen rendszer áll egy processzorok nagy száma, lehet, hogy jelentős teljesítményjavulást csak azokat a feladatokat, amelyek megoldása minden processzorok nem ugyanazt a munkát.

MISD (a többféle utasítás áramot / egyetlen adatfolyam) - többszörös utasítás áramot és egyetlen adatfolyamot. Definíció a jelenlétére utal az építészet számos processzorok kezelni az azonos adatfolyamot. Több kutató ezen osztályának berendezésszállítószalag-.

MIMD (a többféle utasítás áramot / Multiple Data stream) - többszörös utasítás áramot és több adatfolyam. Az alapvető számítási modell ebben az esetben az önálló folyamatok, időnként fér hozzá a megosztott adatokat. Ebben a rendszerben, minden egyes feldolgozási elem végrehajtja a programot egészen függetlenül más feldolgozó elem. MIMD építészet nagy rugalmasságot biztosít: a megfelelő támogatást a hardver és szoftver MIMD tud működni, mint egy-felhasználós rendszer, amely nagy teljesítményű adatfeldolgozást egy feladatokhoz, mint a multi-program, gép, amely elvégzi több feladat párhuzamos, valamint ezek kombinációja lehetőségeket. Ezen túlmenően, a MIMD architektúra teljes mértékben kihasználják a modern mikroprocesszor technológia alapján alapos elemzését követően a kapcsolatok ár / teljesítmény. Tény, hogy szinte az összes modern többprocesszoros rendszerek épülnek ugyanazon mikroprocesszor, amely megtalálható a személyi számítógépek, munkaállomások és kisebb egyprocesszoros szervereket.

Mint minden más, a fenti besorolás nem tökéletes: vannak gépek közvetlenül bele nem fér, ott is fontos jeleket, amelyek nem tekinthetők ebben az osztályozásban. Tekintsük besorolás többprocesszoros és multicomputer alapuló rendszerek további jellemzője - a leválasztás a számítási erőforrások a rendszer.

Ebben az esetben, ott vannak a következő 4 óra rendszerek:

• rendszer szimmetrikus többprocesszoros (szimmetrikus többprocesszoros), vagy SMP-rendszert;
• alapuló rendszerek nem egyenletes memória hozzáférési technológia (nem un IForm memória-hozzáférés), vagy NUMA-rendszer;
• klaszterek
• számítástechnika, masszív párhuzamos rendszerek (erősen párhuzamos processzor), vagy MPP -rendszer.

A legmagasabb szintű integrációs források egy rendszer szimmetrikus többprocesszoros vagy SMP-rendszer (ábra. 13.1).

Ebben az építészet, mind a feldolgozók egyenlő hozzáférést kell biztosítani az egész teret a memória és I / O Ezért SMP - építészet hívják szimmetrikus. Ez interfészek eléréséhez az I / O és OP rendszer cache, rendszer szoftver, és így tovább. N. megépítésük oly módon, hogy a konzisztens hozzáférést a megosztott erőforrásokat. Megfelelő zárómechanizmusokat megállapított busz interfész és az operációs rendszer összetevőit, és az építőiparban a gyorsítótárat.

Ábra. 13.1. többprocesszoros rendszer

Szemszögéből a feladatokhoz, SMP-rendszer egy számítógépes rendszer egyetlen számítási erőforrások arányos a processzorok számát. Párhuzamosítását által telepített operációs rendszer egyik a feldolgozók. Az egész rendszer fut egy operációs rendszer (jellemzően UNIX-szerű, de az Intel által támogatott platformok Windows NT).

OS automatikusan a folyamat terjesztése folyamatainak processzor magok. optimalizálása a források felhasználását. Magokat hasznosítják egyenletesen és alkalmazás programok párhuzamosan fut a teljes készlet magot. Ezzel azt érjük el a maximális rendszer teljesítményét. Fontos, hogy a szinkronizációs alkalmazás helyett komplex mechanizmusok és folyamatok közötti kommunikációs protokoll szabványos operációs rendszer funkciói használják. Így könnyebb végrehajtani a párhuzamosság projektek programot patakok. Összesen a sor alapvető OS lehetővé teszi, hogy használja a szolgáltatást szerszám statisztikát, közös minden architektúrán. Ennek megfelelően segítheti a hibakeresés és optimalizálása alkalmazások a tervezési fázisban, vagy méretezés más formái többprocesszoros.

Általában az alkalmazás. írt egy egyprocesszoros rendszer, nem igényel módosítást annak áthelyezését a többprocesszoros környezetben. Ugyanakkor, az optimális teljesítmény fut egy program, vagy azok egy részét átírni kifejezetten a többprocesszoros környezetben.

A viszonylag kis számú feldolgozók egy ilyen gép lehetővé teszi, hogy egyetlen központi osztott memóriát, és összekapcsolják processzor és a memória használatával egy busz.

A korlátozó tényező az ilyen rendszerek kapacitásának autópálya vezet a rossz skálázhatóság. Ennek az az oka, hogy minden alkalommal, amikor a gumiabroncs képes feldolgozni egyetlen tranzakció, amelynek során problémák merülnek fel, a konfliktuskezelés kezelése közben több processzor ugyanazon általános területek fizikai memória. Computational elemek kezdenek zavarják egymást. Amikor egy ilyen konfliktus lép fel. Attól függ, hogy a kommunikáció sebessége és száma számítási elemek. Ezen kívül a rendszer busz korlátozott számú rés. Mindez nyilvánvalóan megakadályozza termelékenység növekedése növeli a processzorok számát. nem több, mint 32 processzort is üzemeltethető valós rendszerekben.

A modern mikroprocesszorok kiépítésének támogatása többprocesszoros rendszerben határozza meg a többcélú hardver végrehajtását, ami többprocesszoros rendszerek viszonylag olcsó.

Így annak érdekében, hogy munkát common rail minden Intel mikroprocesszor kezdve Pentium Pro beépített támogatja a két számjegyű azonosítóját a processzor - APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller). Alapértelmezett CPU a legnagyobb azonosító szám lesz a boot processzor. Ez megkönnyíti az azonosító az adatbusz választottbírósági a SMP-rendszert. Ilyen eszközök láttuk az MP Power4, ahol a hardver-szintű támogatást létre egy chipet modul MCM a mikroprocesszor 4, beleértve több processzor magok 8.

Ma SMP széles körben használják a többprocesszoros szuperszámítógépek és szerver alkalmazások. Azonban, ha szüksége van a determinisztikus programok végrehajtása valós időben, például amikor rendering multimédiás adatok sugubosimmetrichnoy feldolgozási képességek nagyon korlátozottak. A helyzet akkor állhat elő, ha az alkalmazások futnak a különböző magvak, lásd ugyanazt az erőforrást OS. Ebben az esetben a hozzáférési kap csak az egyik magot.

Mások lesznek tétlen, amíg a kiadás a kritikus terület.

Természetesen ez nagymértékben csökkenti a termelékenységet a valós idejű alkalmazások számára.

Kimerülése rendszer busz teljesítmény SMP-hozzáférési rendszerek, amikor nagyszámú processzorok közös memóriát használ, és alapvető korlátja busztechnológia vezettek megakadályozására növekedési teljesítmény SMP-rendszerek. Jelenleg ez a kétféle megoldás kínálkozik. Az első - a csere a rendszer busz a nagy teljesítményű kapcsoló. egyidejű, nem blokkolja a hozzáférést a különböző memória helyek. A második megoldás kínál NUMA technológia.

Ábra. 13.2. Rendszer technológiára épül inhomogén sztúpa memória

Amikor a leggyakoribb kiviteli alak most CC-NUMA (cache- koherens NUMA - nem egyenletes memória-hozzáférés és hozzáillő tartalommal cache) cache memória feltéve, hogy más adatok komponenseket.

Jellemzően az egész rendszer fut egy operációs rendszer, mint a jelentős piaci erővel. Vannak még lehetőségek a dinamikus elválasztó rendszer, amikor az egyes szakaszok a rendszer fut a különböző operációs rendszerek.

Elég hosszú ideig elérni RAM, mint a szomszédos csomópontok, hozzáféréssel OP NUMA-rendszerek jelenleg az ilyen használatot sem optimális.

Ahhoz, hogy a teljes funkcionalitását SMP-sistemNUMA számítógépek ma nem rendelkeznek. Között azonban az általános célú rendszerek, NUMA-rendszerek egyik skálázhatóságot és ezáltal a teljesítményt. Jelenleg a legnagyobb processzorok száma a cc-NUMA -rendszerek meghaladhatja 1000 (tétel Origin3000). Az egyik legtermékenyebb szuperszámítógépek - Tera 10 - kapacitása 60 és áll Tflops SMP -uzlov 544, amelyek mindegyike értéke február 8-16 Itanium processzorok.

A következő szint a hierarchiában a párhuzamos rendszerek összetettek, továbbá tagjai külön gép, de csak részben megosztani források. Beszélünk klaszter.