14. Параллельные вс. Архитектура с общей памятью. Архитектура с распределенной памятью.

Параллельные ВС: смотри вопрос №13.

N UMA – многопроцессорные системы с распределенной памятью.

UMA – многопроцессорные системы с общей памятью.

ВС с общей памятью (UMA)

Расшифровывается: Uniform Memory Access – Система с однородным доступом к памяти. Большинство современных систем строится по данному методу.

Д ля данных систем каждый процессор рассматривает общее запоминающее устройство как свою локальную память, и в нем выделяются локальные буферы для обмена между процессорами. Для повышения пропускной способности каждый процессор снабжается своей КЭШ памятью и при работе контроллер КЭШ памяти должен отслеживать все изменения в общей памяти. И по мере необходимости перезаписывать данные в памяти.

Проблемы

1) когерентность между КЭШем и основной памятью. Для обеспечения когерентности используется сквозная запись либо запись с буферированием.

2) когерентность между КЭШами. Здесь применяются свои методы:

а) запись с аннулированием, при изменении информации в кэш-памяти посылается сигнал об очищении информации во всех остальных кэшах.

б) запись с обновлением или запись с трансляцией, данный способ предполагает, что данные обновляются в оставшихся кэшах.

Данный способ построения многопроцессорных систем часто используется в современных системах.

Достоинства:

+ Простота обмена с общей памятью; + Простота программирования; + Низкая задержка обмена, так как для обмена используется только системная шина, и не используется никакая периферия.

Недостатки:

– плохая масштабируемость: максимум до 64 процессоров, обычно 4-8.

– низкая надежность, так как при нарушении ЗУ вся работа нарушается.

Пример:

Чипсет Cobalt, поддерживает до 2-х процессоров фирмы Silicon Graphics.

Графическая рабочая станция O2-Silicon. Поддерживает 2 процессора + видео процессор и аудио процессор.

ВС с распределенной памятью (NUMA) – Non-Uniform Memory Access.

Существует 3 метода организации: COMA, CC-NUMA, NCC-NUMA

Архитектура COMA означает: Cache Only Memory Architecture. Архитектура только с кэш памятью.

CC-NUMA – Cache Coherent Non-Uniform Memory Architecture. Архитектура с кэш-когерентным доступом к памяти.

NCC – Non- Cache Coherent Non-Uniform Memory Architecture. Архитектура с кэш-некогерентным доступом к памяти.

В архитектуре COMA локальная память каждого процессора построена как большая кэш память для быстрого доступа со стороны своего процессора.

А рхитектура системы обменом посредством сообщений имеет следующую структуру:

Контроллер сети (КС) – обеспечивает связь с высокоскоростной сети.

ЛОЗУ – локальная память для процессора.

КЭШи всех процессоров в совокупности рассматриваются как глобальная память системы. А вообще глобальная память отсутствует.

Данные здесь не связаны статически, то есть они не привязаны к определенному модулю памяти. Данные здесь переносятся из одного КЭШа процессора в другой кэш, который затребовал эти данные. Причем перенос данных не требует участия в этом операционной системы.

Архитектура CC-NUMA. В этой архитектуре используется не кэш-память, а обычная физически распределенная память. Здесь не происходит никакого копирования ячеек памяти. Здесь нет никакой передачи сообщений. Существует одна карта памяти, то есть данные привязаны к модулю. Данные если требуются, то копируются в кэш и в случае записи перезаписывают данные в локальную ОЗУ туда, откуда они были взяты. На аппаратуру возложены функции когерентности.

Архитектура NCC-NUMA. Данная архитектура предполагает наличие единого адресного пространства, но здесь не обеспечивается согласование глобальных данных на аппаратном уровне. Здесь нет “умной аппаратуры”, этим занимаются на программном уровне.

Достоинства:

+ Данная архитектура хорошо масштабируется. До 256 процессоров, при желании возможно больше.

+ Выше надежность в отличие от многопроцессорной системы с общей памятью.

Недостаток:

– Более медленный обмен между процессорными элементами.

– Более сложные механизмы обмена, то есть возрастает нагрузка на программное обеспечение.

– Требуются сложные компиляторы.

В качестве топологии сети используется либо цепочка, либо дерево. Наиболее распространена топология общая шина.