35. Гибридные формы систем параллельного действия

Мультипроцессоры сложно разрабатывать, но легко программировать, а мультикомпьютеры - наоборот. Предпринимаются попытки создания гибридных систем. Совместную память можно реализовывать по-разному, причем каждый вариант будет иметь достоинства. Почти все исследования в области параллельных компьютерных архитектур направлены на создание гибридных форм, которые сочетают в себе достоинства обеих систем. Важно добиться масштабируемости, те разработать систему, которая будет продолжать работать при добавлении все новых и новых процессоров. Один из подходов основан на том, что современные компьютерные системы не монолитны, а имеют многоуровневую структуру. Это дает возможность реализовать общую память на любом из нескольких уровней. мы видим общую память, реализованную аппаратно, как в "настоящем" мультипроцессоре. В разработке имеется одна копия ОС с одним набором таблиц, в частности таблицей распределения памяти. Если процессу требуется больше памяти, он прерывает работу ОС, которая после этого начинает искать в таблице свободную страницу и отображает эту страницу на адресное пространство вызывающего процесса. Что касается ОС, имеется единая память, и операционная система следит, какая страница какому процессу принадлежит. Существует множество способов аппаратной реализации общей памяти. Второй подход - использовать аппаратное обеспечение мультикомпыотера и ОС, которая будет моделировать общую память, предоставляя единое виртуальное адресное пространство, разбитое на страницы. При таком подходе получается распределенная общая память (DSM), в которой каждая страница расположена в одном из модулей памяти ,а каждая машина содержит собственную виртуальную память и собственные таблицы страниц . Если процессор выполняет команду LOAD или STORE, обращаясь к странице, которой у него нет, происходит системное исключение. После этого ОС находит нужную страницу и обращается к соответствующему процессору, чтобы тот выгрузил страницу из памяти и послал ее через внутреннюю коммуникационную сеть. Когда страница попадает процессу-получателю, она отображается на память, и выполнение прерванной команды возобновляется. ОС получает недостающие страницы не с диска, а из памяти. При этом у пользователя создается впечатление, что машина имеет единую общую память.Третий подход - реализовать общую память программно пользовательской системой реального времени. При таком подходе абстракцию общей памяти создает язык программирования, и эта абстракция реализуется компилятором (то есть модель общей памяти может зависеть от используемого языка программирования).

36. Сети межсоединений и их компоненты.

Мультикомпьютеры связываются через сети межсоединений. Мультикомпьютеры и мультипроцессоры очень сходны в этом отношении, тк мультипроцессоры часто содержат несколько модулей памяти, которые также должны быть связаны друг с другом и с процессорами. Основная причина сходства коммуникационных связей в мультипроцессоре и мультикомпьютере заключается в том, что в обоих случаях применяется передача сообщений. Даже в однопроцессорной машине, когда процессору нужно считать или записать слово, он устанавливает определенные линии на шине и ждет ответа. Это то же самое, что и передача сообщений: инициатор посылает запрос и ждет ответа. В больших мультипроцессорах взаимодействие между процессорами и удаленной памятью почти всегда состоит в том, что процессор посылает в память сообщение, так называемый пакет, который запрашивает определенные данные, а память посылает процессору ответный пакет. Сети межсоединений могут состоять максимум из пяти компонентов:

1. Центральные процессоры.

2. Модули памяти.

3. Интерфейсы.

4. Каналы связи.

5. Коммутаторы.

Интерфейсы — это устройства, которые вводят и выводят сообщения из центральных процессоров и модулей памяти. Во многих разработках интерфейс представляет собой микросхему или плату, к которой подсоединяется локальная шина каждого процессора и которая может передавать сигналы процессору и локальной памяти (если таковая есть). Часто внутри интерфейса содержится программируемый процессор со своим собственным ПЗУ, которое принадлежит только этому процессору. Обычно интерфейс способен считывать и записывать информацию в различные модули памяти, что позволяет ему перемещать блоки данных. Каналы связи — это каналы, по которым перемещаются биты. Они могут быть электрическими или оптико-волоконными, последовательными (шириной 1 бит) или параллельными (шириной более 1 бита). Каждый канал связи характеризуется максимальной пропускной способностью (это максимальное число битов, которое он способен передавать в секунду). Каналы могут быть симплексными (передавать биты только в одном направлении), полудуплексными (передавать информацию в обоих направлениях, но не одновременно) и дуплексными (передавать биты в обоих направлениях одновременно).Коммутаторы — это устройства с несколькими входными и несколькими выходными портами. Когда на входной порт приходит пакет, некоторые биты в этом пакете используются для выбора выходного порта, в который посылается пакет. Размер пакета может составлять 2 или 4 байта, но может быть и значительно больше (например, 8 Кбайт). Сети межсоединений можно сравнить с улицами города. Улицы похожи на каналы связи. Каждая улица может быть с односторонним и двусторонним движением, она характеризуется определенной «скоростью передачи данных» (имеется в виду ограничение скорости движения) и имеет определенную ширину (число рядов). Перекрестки похожи на коммутаторы. На каждом перекрестке прибываю-

щий пакет (пешеход или машина) выбирает, в какой выходной порт (улицу) поступить дальше в зависимости от того, каков конечный пункт назначения.

При разработке и анализе сети межсоединений важно учитывать несколько ключевых моментов. Во-первых, это топология (то есть способ расположения компонентов). Во-вторых, это то, как работает система переключения и как осуществляется связь между ресурсами. В-третьих, какой алгоритм выбора маршрута используется для доставки сообщений в пункт назначения.