多处理机系统课件.pptx

多處理機系統

多處理機系統定義多處理機系統：由兩臺以上處理機組成的電腦系統；各處理機有自己的控制部件、局部記憶體，能執行各自的程式；可以共用公共主存和所有外設；實現作業、任務、指令、數據等各個級別的並行；CPUCPUCPUCPU作業、任務指令

多處理機系統定義IBMPOWER5HP/CompaqAlphaserverIntelIA32AMDOpteron

多處理機系統的特點多處理機屬於MIMD系統，實現的是作業、任務之間的並行。為此，在結構上，多個處理機要由多個指令部件分別控制，通過公共硬體或互連網絡實現處理器之間的通信；在演算法上，不僅能處理向量數組，還要挖掘和實現更多通用演算法中隱含的並行性；在系統管理上，更多地依靠軟體手段有效地解決資源分配和管理，特別是任務分配、處理機調度、進程同步和通信等。

多處理機系統的類型根據實現並行性技術途徑不同，形成了三種不同類型的多處理機系統：同構型多處理機系統異構型多處理機系統分佈式多處理機系統

多處理機系統的類型同構型多處理機系統基於資源重複，由大量同類型或是功能相同的處理機組成。把一道程式分解為若干個相互獨立的程式段或稱任務，分別指定給各個處理機並行的加以執行。同時提高容錯能力，進而提高可靠性。異構型多處理機系統基於時間重疊，由負責不同功能的多個專用處理機組成。將任務分解成能夠串行執行的子任務，分給各個處理機按順序完成。不同任務在時間上重疊執行。分佈式多處理機系統基於資源共用，多個處理機協作完成任務的處理。各處理機之間通過通信網絡相互通信，由統一的操作系統對各個分佈的軟、硬資源進行統一控制。

多處理機系統的結構從物理連接的緊密程度和交叉作用能力的強弱上看，多處理機系統分為兩類：緊耦合系統 緊耦合系統也稱為直接耦合系統。在這種系統中，各處理機通過公共硬體資源（例如共用記憶體）緊密聯繫在一起。例如晶片級多處理機（多核處理器）。松耦合系統 松耦合系統也稱為間接耦合系統。多個處理機之間通過通道、通信線路或通信網絡實現機間聯繫。例如機群（cluster）、網格（grid）。

多處理機系統的結構從記憶體的分佈和使用上看，多處理機系統分為兩種結構：共用記憶體結構 各處理機共用記憶體，並通過共用記憶體相互聯繫。 對存儲單元的任何修改對其他處理機都是可見的。分佈式記憶體結構 各處理機擁有自己的本地記憶體，可以獨立工作。 各處理機借助互連網絡、通過消息傳遞機制相互通信，實現數據共用。

多處理機系統的結構共用記憶體結構緊耦合系統；各處理機共用記憶體，並通過對共用記憶體讀/寫實現相互通信；對存儲單元的任何修改對其他處理機都是可見的；延遲低，但擴展性差；根據訪存時間的不同，又細分為UMA結構和NUMA結構。共用記憶體處理機處理機處理機處理機共用記憶體結構的多處理機系統

多處理機系統的結構UMA結構UMA=UniformMemoryAccess（均衡記憶體訪問）。各處理機對記憶體的訪問時間相等。對稱多處理機（SMP）系統最常用該結構。在SMP系統中，各個處理機相同。UMA結構的多處理機系統交叉開關匯流排結構互連網絡（匯流排或交叉開關）處理機處理機處理機處理機I/O共用記憶體

多處理機系統的結構NUMA結構NUMA=NonUniformMemoryAccess（非均衡記憶體訪問）。也稱為分佈式共用記憶體結構。分佈於各個處理機的記憶體被統一編址，可由所有處理機共用。根據記憶體位置的不同，各處理機對記憶體的訪問時間不相等。處理機訪問本地記憶體的速度較快，通過互連網絡訪問其他處理機上的遠地記憶體相對較慢。NUMA結構的多處理機系統處理機處理機處理機處理機??????互連網絡（匯流排或交叉開關）記憶體記憶體記憶體記憶體NUMA結構的多處理機系統處理機處理機處理機處理機??????匯流排或交叉開關記憶體記憶體記憶體記憶體

多處理機系統的結構分佈式記憶體結構松耦合系統；各處理機擁有自己的本地記憶體，可以獨立工作；各處理機借助互連網絡、通過消息傳遞機制相互通信；擴展性較好。訪問本地記憶體速度快；由程式員負責解決通信問題。分佈式記憶體結構的多處理機系統處理機處理機處理機處理機消息傳遞互連網絡（網狀，環形等）記憶體記憶體記憶體記憶體網狀環狀

多處理機系統的結構混合型分佈—共用記憶體結構每個節點為共用記憶體結構的SMP系統；各SMP系統借助互連網絡、通過消息傳遞機制相互通信；是目前大規模並行處理（MPP）等系統普遍採用的結構。混合型分佈—共用記憶體結構的多處理機系統消息傳遞互連網絡（網狀，環形等）SMP處理機處理機處理機處理機互連網絡I/O共用記憶體SMP處理機處理機處理機處理機互連網絡I/O共用記憶體SMP處理機處理機處理機處理機互連網絡I/O共用記憶體???