第十一章分布式共享存储器

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1、第十一章分布式共享存储器11.1基本概念什么是分布式共享存储器系统分布式共享存储器系统是分布式操作系统中的一个资源管理部件，它在没有物理上共享的存储器的分布式操作系统中实现了共享存储器模式。这种共享存储器模式在分布式系统中提供了一个可供系统内所有节点所共享的虚拟地址空间。程序设计者可以像使用传统的存储器一样使用该虚拟地址空间。这种物理上分布逻辑上共享的存储器就叫做分布式共享存储器(DistributedSharedMemory—DSM)。每一个节点都可以拥有存储在共享空间的数据，数据的所有者也可以跟随数据从一个节点移到另一个节点。当一个进程访问共享地址

2、空间中的数据时，映像管理员就把共享存储器地址变换到本地地址或远程的物理存储器地址。第十一章分布式共享存储器11.1基本概念什么是分布式共享存储器系统第十一章分布式共享存储器11.1基本概念为什么需要分布式共享存储器DSM的计算模型和RPC的计算模型相比各有优缺点：DSM的计算模型支持数据在系统内移动，使数据更容易访问。RPC计算模型是把操作移到数据所在位置。RPC不支持程序利用其访问的局部性优点，对一块远程数据的每个操作都产生通信，对数据的操作必须先定义好。但是RPC支持异构型。DSM可把数据移到本地节点，允许程序利用其访问的局部性优点，使用缓存器可以

3、改善响应时间。移动性要求对数据位置进行跟踪；缓存要求解决各副本的一致性。当数据正向某个主机移动时，不能对它进行处理。如果数据经常修改，RPC模型可能更好些。第十一章分布式共享存储器11.1基本概念为什么需要分布式共享存储器从通信机制来看，DSM与报文传递方式有以下不同：访问的透明性。使用报文传递方式访问共享的数据变量时，程序必须明确地使用节点地址信息和通信原语(如SEND和RECEIVE)。而在DSM中系统提供了一种抽象的共享地址空间从而隐匿了物理地址和通信细节，使得程序直接面向共享的数据。共享数据结构的复杂性和异构性。使用报文传递方式，由于数据是在不

4、同的地址空间之间传递，从而使得具有复杂数据结构的数据难于在不同类型的计算机及进程之间传递。而在DSM中，可以借助引用机制(reference)去实现上述数据访问，复杂性与异构性的问题由引用机制去处理，从而进一步简化了并行程序设计。第十一章分布式共享存储器11.1基本概念为什么需要分布式共享存储器从通信机制来看，DSM与报文传递方式有以下不同：(3)数据的局部性。在DSM中，新访问的数据项与其周围的数据一起按块或按页移动，而不是只移动新访问的数据本身。根据程序的局部性原理，这样可以大大地减小网络的通信开销。第十一章分布式共享存储器11.1基本概念为什么需

5、要分布式共享存储器与紧密耦合的多机系统相比，DSM系统具有以下特点：(1)规模可扩充。在紧密耦合的多机系统中，由于各处理机共享的是一个单一的物理存储器，主存访问都要经过一个集中环节(例如总线)进行，这就限制了多机系统的规模(一般为几十台处理机)。DSM不存在这样的限制，可以扩充至很大的规模(多至上千个节点)。(2)廉价。由于DSM系统可以用现有的硬件来构造，并且无需连接共享存储器与处理机的复杂接口，因而DSM的构造成本要低于紧密耦合的多机系统。(3)兼容性。在共享存储器多机系统上编写的程序原则上都可以无需修改或稍加修改后转换到DSM系统上运行。第十一章

6、分布式共享存储器11.1基本概念共享存储器中缓存一致性方法有两类基本方法实现缓存一致性：即探听缓存方法和使用目录的方法。探听(snooping)缓存方法用于具有广播能力的通信介质中，例如共享总线。每个缓存器为了保持自己数据的一致性要监听共享总线上进行的由其他处理机发出的存储器操作。Berkeley是一个典型例子，它是一种写无效协议，它假设通过单总线访问共享的物理存储器。此协议采用一个所有权方案。一个数据块的所有者是一个缓存器，是上次对该数据块的修改者，如果该块被其所有者清除，则主存作为其所有者。第十一章分布式共享存储器11.1基本概念共享存储器中缓存一

7、致性方法Berkeley探听协议数据块有四种状态：重写(dirty)、共享重写、有效和无效：(1)无效。该缓存块不包含有效数据。(2)有效。该缓存块中数据是有效的。(3)重写。共享存储器中的数据是不正确的，该缓存块是唯一有效的数据副本。该缓存块是数据的所有者。(4)共享重写。共享存储器中的数据是不正确的，该缓存块是数据的所有者，其他缓存中有同样的副本。第十一章分布式共享存储器11.1基本概念共享存储器中缓存一致性方法探听协议的写操作：数据只能由所有者提供。有效块和无效块在替换时可以简单地扔掉。重写块和共享重写块在替换时要写回共享存储器，并把共享存储器设

8、置为所有者。如果对缓存块进行写，而缓存块的状态是重写的，则写操作可以直接进行；但是如果缓存块是