smp(对称多处理机系统)

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1、SMP（SymmetricalMulti-Processing）简介　　平时所说的双CPU系统，实际上是对称多处理机系统中最常见的一种，通常称为2路对称多处理，它在普通  AMDAthlon64X2的商业、家庭应用之中并没有太多实际用途，但在专业制作，如3DMaxStudio、Photoshop等软件应用中获得了非常良好的性能表现，是组建廉价工作站的良好伙伴。随着用户应用水平的提高，只使用单个的处理器确实已经很难满足实际应用的需求，因而各服务器厂商纷纷通过采用对称多处理系统来解决这一矛盾。在中国国内市场上这类机型的处理器一般

2、以4个或8个为主，有少数是16个处理器。但是一般来讲，SMP结构的机器可扩展性较差，很难做到100个以上多处理器，常规的一般是8个到16个，不过这对于多数的用户来说已经够用了。这种机器的好处在于它的使用方式和微机或工作站的区别不大，编程的变化相对来说比较小，原来用微机工作站编写的程序如果要移植到SMP机器上使用，改动起来也相对比较容易。SMP结构的机型可用性比较差。因为4个或8个处理器共享一个操作系统和一个存储器，一旦操作系统出现了问题，整个机器就完全瘫痪掉了。而且由于这个机器的可扩展性较差，不容易保护用户的投资。但是这类机

3、型技术比较成熟，相应的软件也比较多，因此现在中国国内市场上推出的并行机大量都是这一种。PC服务器中最常见的对称多处理系统通常采用2路、4路、6路或8路处理器。目前UNIX服务器可支持最多64个CPU的系统，如Sun公司的产品Enterprise10000。SMP系统中最关键的技术是如何更好地解决多个处理器的相互通讯和协调问题。系统结构　　对称多处理机的系统结构，主要指处理器、存储器、输入输出(I/O)设备三者之间的连接，它对我们更好地理解多处理机操作系统是非常必要的。多处理器与存储器之间的连接：　　1、多端口存储器方式：这是

4、最简单的连接。被共享的存储器有3块，每块都有4个端口，分别与4个处理  PowerMacG4系统架构器连接。因此，各处理器能并行访问不同的存储块，但对同一块的访问必须是顺序的。各存储块内的硬件逻辑自动控制其访问。优点是连接相当简单。由于存储器的端口不可能太多，这种方式限制了能够连接的处理器个数，适用于处理器数目较少的场合。　　2、集中控制开关方式：集中控制开关方式能克服多端口方式的缺点。它的做法是，把各存储块内的硬件控制逻辑换成一个集中式开关，集中式开关给出处理器到存储块的访问路径。这种方式的优点是支持更多的处理器。缺点是开

5、关单元比较复杂，降低了系统的可靠性。若有m个存储块，n个处理器，则连接路径数为m乘n。当处理器要访问某存储块时，经过集中式开关线路时应考虑不能有明显的延时。万一某一路径故障，有可能殃及其他路径。　　3、局部存储器方式：多处理机竞争共享存储器时，因相互冲突而延迟，从而使各处理器访问主存的平均时间增加。如果一个存储块上连接的处理器不多，则引起冲突的概率当然就小。但我们又不愿意通过减少处理器数目来缩短访问主存的平均时间。这是一个两难问题。　　一种解决办法是，在处理器和开关之间增加高速缓冲存储器(Cache)。把刚访问过的共享存储器

6、的内容保留在Cache中，当处理器再度访问主存时，先查询Cache，如果要访问的数据已在Cache中，则不必访问主存。这样可以减少访问主存的次数但必须配置Cache置换算法并承担置换时间开销。另一种解决办法是，为每个处理器配备一个局部存储器，局部存储器的容量通常比Cache大，造价却比Cache小，所以受到欢迎。局部存储器Mi只属于Pi(i=1.…,n)，不能被其他处理器访问。任一处理器都只能访问共享存储器和私有的局部存储器，不能访问其他局部存储器，称为不对称性体系结构。局部存储器也由操作系统管理，使之起到一个高速缓冲存储器

7、的作用。然而，把在一个处理器上运行的进程移到另一个处理器上运行的代价是非常高的。　　4、分布式：变集中式开关为分布式开关是处理器与存储器连接的另一种设计思路。右图是分布式多处理器体系结构示意图。每个处理器都与一个局部存储器相连，但局部存储器不具有私有性，它能被各处理器访问。这样，所有处理器共享寻址空间。处理器Pi(i=1,…,n)对Mi的访问不经过开关切换线路，但对Mj(j≠i)的访问要经过开关切换。开关切换是这样实现的：局部开关把请求信号作为消息包packet()发给目的开关，途中各开关起转发作用。当目的开关得到消息后，就

8、把自己的局部存储器中的数据作为一个消息包发回源开关，再转至等待该数据的处理器。　　分布式多处理器比集中式开关多处理器有更高的可靠性和可扩充性，但在访问非局部存储器时有一定的延时，这取决于被访问非局部存储器Mj与处理器Pi的距离。在这样的系统中，操作系统的设计一定要考虑尽量减少这种延时等待。