Компьютеры с общей памятью: smp-системы. Многоядерные системы. Принципиальная схема. Примеры smp-систем.
SMP системы (Symmetrical Multi Processors / Shared Memory Processors)
(
симметричные
мультипроцессоры / процессоры с общей
памятью)
В данных системах все процессоры имеют доступ к логически общей, физически разделённой памяти, т.е. все процессоры используют единое адресное пространство.
«Симметричный» означает, что все процессоры одинаковы и имеют общий доступ к памяти.
SMP-системы позволяют любому процессору работать над любой задачей независимо от того, где в памяти хранятся данные для этой задачи; при должной поддержке операционной системой SMP-системы могут легко перемещать задачи между процессорами, эффективно распределяя нагрузку.
В таксономии Флинна SMP-машины относятся к классу SM-MIMD-машин.
Большинство многопроцессорных систем сегодня используют архитектуру SMP.
Преимущества
SMP является самым простым и экономически выгодным способом масштабирования вычислительной системы: путем наращивания числа процессоров. Также просто и программирование: с помощью потоков и сопутствующих механизмов обмена данными между ними через общие переменные в памяти.
Недостатки
Выход из строя одного процессора приводит к некорректной работе всей системы и требует перезагрузки всей системы для отключения неисправного процессора.
При увеличении числа процессоров заметно увеличивается требование к полосе пропускания шины памяти. Это накладывает ограничение на количество процессоров в SMP архитектуре. Современные SMP-системы позволяют эффективно работать при 16 процессорах.
Поддержка SMP должна быть встроена в операционную систему, иначе дополнительные процессоры будут оставаться не загруженными, и система будет работать как однопроцессорная. Большинство современных операционных систем поддерживают симметричную мультипроцессорность, но в разной степени.
Модель программирования
Программирование в модели общей памяти. (POSIX threads, OpenMP). Для SMP-систем существуют сравнительно эффективные средства автоматического распараллеливания.
Примеры
HP 9000 V-class, N-class; SMP-cервера и рабочие станции на базе процессоров Intel (IBM, HP, Compaq, Dell, ALR, Unisys, DG, Fujitsu и др.).
Системы с неоднородным доступом к памяти: ccNuma-системы. Принципиальная схема.
NUMA - Non-Uniform Memory Architecture — «Архитектура с неравномерной памятью») — схема реализации компьютерной памяти, используемая в мультипроцессорных системах, когда время доступа к памяти определяется её расположением по отношению к процессору. NUMA – нечто среднее между SMP и MPP, где память физически распределена, но логически общедоступна.
ссNUMA - cache-coherent Non-Uniform Memory Architecture – аппаратно поддерживается когерентность кэшей во всей системе.
Система состоит из однородных базовых модулей (плат), состоящих из небольшого числа процессоров и блока памяти. Модули объединены с помощью высокоскоростного коммутатора. Поддерживается единое адресное пространство, аппаратно поддерживается доступ к удаленной памяти, т.е. к памяти других модулей. При этом доступ к локальной памяти в несколько раз быстрее, чем к удаленной.
Когерентность памяти (англ. memory coherence) — свойство компьютерных систем, в которых два или более процессора или ядра имеют доступ к общей области памяти.
Хотя системы с некогерентным доступом к NUMA проще проектировать и создавать, становится предельно сложно создавать программы в классической модели архитектуры фон Неймана(принцип хранения данных и инструкций в одной памяти). В результате, все продаваемые NUMA-компьютеры используют специальные аппаратные решения для достижения когерентности кеша, и классифицируются как кеш-когерентные системы с распределенной разделяемой памятью, или ccNUMA.
Масштабируемость NUMA-систем ограничивается объемом адресного пространства, возможностями аппаратуры поддежки когерентности кэшей и возможностями операционной системы по управлению большим числом процессоров. На настоящий момент, максимальное число процессоров в NUMA-системах составляет 256 (Origin2000).
Обычно вся система работает под управлением единой ОС, как в SMP. Но возможны также варианты динамического "подразделения" системы, когда отдельные "разделы" системы работают под управлением разных ОС (например, Windows NT и UNIX в NUMA-Q 2000).
Модель программирования
Программирование как в SMP.
Примеры
HP 9000 V-class в SCA-конфигурациях, SGI Origin2000, Sun HPC 10000, IBM/Sequent NUMA-Q 2000, SNI RM600.