《多处理机系统》PPT课件

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1、第七章多处理机系统7.1多处理机系统结构7.2多处理机的互连网络7.3多处理机的系统控制7.4并行处理语言及算法7.5多处理机的性能7.6多处理机的系统实例第一节多处理机的系统结构多处理机系统由多台独立的处理机组成，每台处理机都能够独立执行自己的程序和指令流，相互之间通过专门的网络连接，实现数据的交换和通信，共同完成某项大的计算或处理任务。系统中的各台处理机由统一的操作系统进行管理，实现指令级以上并行，这种并行性一般是建立在程序段的基础上，也就是说，多处理机的并行是作业或任务级的并行。从硬件结构、存储器

2、组织方式等区分，多处理机系统有多种分类方法，接下来将逐一介绍一、硬件结构1、紧密耦合多处理机系统系统中各处理机相互之间的联系是比较紧密的,通过系统中的共享主存储器实现彼此间的数据传送和通信。优点：通过共享存储器，处理机间的通信和数据传输速度快、效率高缺点：存在访问冲突，总线带宽限制导致处理及数量不能太多。为每个处理机配置较大的独立cache可以缓解访问冲突问题，但同时cache同步也是较大问题2、松散耦合多处理机系统这种系统多由一些功能较强，相对独立的模块组成。每个模块至少包括一个功能较强的处理机，一个

3、局部存储器和一个I/O设备，模块间以消息的方式通信。系统中每台处理机都有处理单元，各自的存储器和I/O设备子系统。二、存储器组织1、集中式共享存储器系统处理机数目较少的多处理机，各个处理机可以共享单个集中式存储器。在使用大容量Cache的情况下，单一存储器（可能是多组）能够确保小数目处理机的存储访问得到及时响应对所有的处理器而言是对等的，既每个处理机访问存储器的时间相同，也称为对称式共享存储器多处理机系统(SMPs)，这种系统结构也称为均匀存储器访问（UMA）。大容量、多层次的Cache能够大量减少单个

4、处理机对存储器带宽的要求，减少访问时延，减少多个处理机同时读取共享数据时的竞争现象2、分布式式共享存储器系统为了支持更多的处理机，存储器不能按照集中共享方式组织，而必须分布于各个处理机。否则由于访问冲突以及总线带宽的限制，当处理机数量很大时，访问延迟就会很大。分布式存储器多处理机由多个独立结构组成，每个节点包括处理机（可以多个）、存储器、输入输出系统和互联网络的接口，各个节点通过互联网络连接在一起存储器优缺点大部分访问是在节点内的本地存储器中进行的，这种做是增大存储器带宽比较经济的方法缩短了本地存储器访

5、问的时延处理节点之间的数据通信在某种程度上变得更加复杂，且时延也更大节点之间通信方式共享的地址空间把物理上分开的存储器作为逻辑上共享的地址空间进行统一寻址。消息传递地址空间由多个私有的地址空间组成，这些私有地址空间在逻辑上是分散的，并且不能被远程处理器寻址。节点之间通过发送消息进行数据交换三、多处理机系统的操作系统多处理机操作系统按照结构来划分，目前有三种类型：主从式(Master-slave)、独立监督式(SeparateSupervisor)、浮动监督式(FloatingSupervisor)。1、

6、主从式(Master-slave)由一台主处理机进行系统的集中控制，负责记录、控制其它从处理机的状态，并分配任务给从处理机。优点：硬件和软件结构相对简单缺点：对主处理机可靠性要求很高，当不可恢复错误发生时，系统容易崩溃，此时必须重新启动主处理机。系统灵活性差，在控制使用系统资源方面效率也不高。2、独立监督式(Separatesupervisor)操作系统将控制功能分散给多台处理机，共同完成对整个系统的控制工作。每个处理机均有各自的管理程序(操作系统的内核)。优点：每个处理机都有其专用的管理程序，故访问公

7、用表格的冲突较少，阻塞情况自然也就较少，系统的效率较高每个处理相对独立，因此一台处理机出现故障不会引起整个系统崩溃缺点：减少了对控制专用处理机的需求，但是实现更复杂每个管理程序都有一套自用表格，但仍有一些共享表格，从而发生表格访问冲突问题，导致进程调度复杂性和开销的加大修复故障造成的损害或重新执行故障机未完成的工作非常困难各处理机负荷的平衡比较困难。3、浮动监督式(Floatingsupervisor)作系统中每次只有一台处理机作为执行全面管理功能的“主处理机”，“主处理机”可以根据需要浮动，即从一台切

8、换到另一台处理机。这样，即使执行管理功能的主处理机故障，系统也能照样运行下去；优点：系统可靠性更强，没有单主处理崩溃瓶颈更好的平衡处理机负载缺点：主要表现在系统实现复杂性。4、与单处理机操作系统比较多进程资源共享访问需要新的进程同步算法多处理机任务调度，需要考虑各处理机负载平衡性，发挥各节点的最大性能存储器访问方面访问冲突仲裁，以及各局部缓存与全局存储之间的同步系统可靠性，使系统具有重构能力四、多核处理器单个芯片上的多个处理器所构成的处理器