分布式共享存储

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1、第6章分布式共享存储中国科技大学软件学院丁箐主要内容6.1共享内存6.2一致性模型6.3基于页面的DSM6.4其它的分布式共享内存2主要内容6.1共享内存6.2一致性模型6.3基于页面的DSM6.4其它的分布式共享内存3多处理机和多计算机回顾对硬件的影响设计一种使多个处理机同时使用同一存储器的机器是非常困难的大的多计算机系统更易于建立对软件的影响用于多处理机编程的技术很多，可以使用临界区（criticalregion），信号量或管程（monitor）提供必要的互斥。对多计算机系统，通信一般使用消息传递，这使输入/输出更为抽象。消息传

2、递带来了许多复杂的问题，4分布式共享存储器(DSM)Li和Hudak提出让一组由局域网互连的工作站共享一个分页的虚拟地址空间。不共享整个地址空间，而只共享其中所选择的一部分，即那些由多个进程引用的变量和数据结构。在多台计算机上复制共享变量，通过共享复制的变量而不是整个页，模拟处理机的问题可简化为保证一组数据结构的多个拷贝一致性的问题。5DSM的很多研究工作都受到了多处理机结构发展的启发!首先比较几种共享存储器（内存）的多处理机6芯片存储器CPU与存储器连接模型单片机理想的共享存储器多处理机7PentiumDwith975XChips

3、etInter-CoreBusInterfaceMemoryControllerHubI/OControllerHubDDR2MemoryPCIExpressx166PCI4SerialATAPorts6PCIExpressx1High-DefinitionAudio2PCIExpressx8orDMI(2GB/s)1066/800MHzFSBCore1L2Cache(forCore1)Core0L2Cache(forCore0)6USB2.0IntelMatrixStorageBIOSSupportIntelPro1000LAN8

4、多处理器结构带缓存的多处理器结构总线仲裁机制：集中式和非集中式基于总线的多处理机CPU内存总线(a)总线(b)缓存CPUCPUCPU内存缓存CPU缓存CPU9通写缓冲(write-though)一致性协议事件对本地CPU操作响应对远程CPU响应读失败（miss）从内存中取得数据并存储到缓存中（MC）（无动作）读命中(hit)从本地缓存中取得数据（无动作）写失败更新内存中的数据并存储到缓存中（CM）（无动作）写命中更新存储器和缓存（MCM）置为无效10缓存拥有权（ownership）协议Cache分成若干个cache块每个Ca

5、che块处于三种状态：Invalid－数据无效Clean－与存储器数据一致Dirty－数据被更新，与存储器数据不一致各CPU监听（snoopy）其它CPU在总线的操作11缓存拥有权（ownership）协议多个CPU可有读拥有权只有一个CPU有写拥有权当一个CPU写一个数据取得对该数据的拥有权其它CPU将该数据的缓存块置为“invalid”在本地缓存块中，写数据，并置为“dirty”适当时候，刷新存储区，或提供给其它CPU12缓存拥有权（ownership）协议特点通过各CPU对总线的监听保持缓存一致性该协议实现在存储器管理单元中整

6、个算法在一个存储器周期中完成召回（callback）协议如果用软件实现13缓存拥有权协议操作过程14缓存拥有权协议操作过程15重要属性缓存对总线的监听保证了一致性。协议建立在存储器管理单元中。整个算法在一个存储器周期中完成。16基于环的多处理机没有集中式全局存储器耦合得较松一些(a)Memnet环(b)单一主机(c)块表17交换式多处理机CPU增加到一定数量时，总线或环的带宽达到饱和，再增加额外的CPU也不会提高系统性能减少通信流量采用两种方法解决带宽不足的问题减少通信流量改善缓冲协议，优化块大小，重组程序，以提高存储器访问的本地命

7、中率。增加通信容量改变拓扑结构为系统建立层次结构18(a)三个簇由簇间总线连接组成一个超级簇(b)由超级簇总线相连的两个超级簇分级层次结构19DASH示例目录每一簇都以目录来记录哪些簇现在拥有哪些块的拷贝缓存（caching）缓存分为两级：第一级缓存和更大的第二级缓存协议（protocul）DASH协议是基于拥有权和置无效的20NUMA多处理机和传统UMA(UniformMemoryAccess)多处理机一样，NUMA机的虚拟地址空间对所有CPU都可见。任何CPU在地址A写入值，接下来别的处理机对A的读操作将读取刚刚写入的值。UMA

8、与NUMA的区别不是在语义上，而是在性能上。在NUMA机上，访问远程存储器要比访问本地存储器慢得多，而硬件缓存并不试图掩盖这个问题。21NUMA示例22NUMA多处理机的属性可以访问远程存储器。访问远程存储器比访问本地存储器慢。没有缓