15.2.2 Матрица координатной коммутации
Организация с матрицей координатной коммутации (рис.15.2) увеличивает число шин до числа устройств памяти. При такой организации все устройства памяти работают одновременно.
…
Память 2
Память M
Память 1
Процессор 1
…
Процессор 2
Процессор N
…
Устройство ввода-вывода K
Устройство ввода-вывода 1
Устройство ввода-вывода 2
Рисунок 15.2 - Многопроцессорная организация с матрицей координатной коммутации
Организация с матрицей координатной коммутации обладает следующими достоинствами:
а) упрощенный интерфейс функциональных устройств;
б) высокие скорости передачи данных, благодаря многим каналам связи между устройствами;
в) надежность (неработающее устройство легко исключается из многопроцессорной системы).
Организация с матрицей координатной коммутации обладает следующим недостатком – аппаратные средства, необходимые для построения координатного коммутатора, являются сложными.
Координатные коммутаторы впервые нашли применение в телефонных станциях
15.2.3 Организация с многопортовой памятью
Организация с многопортовой памятью (рис.15.3) представляет собой модификацию координатного коммутатора, заключающуюся в размещении логических схем управления, коммутации и приоритетного арбитража в интерфейсе каждого устройства памяти. При такой организации каждое функциональное устройство может получить доступ к каждому устройству памяти, но только по конкретному порту или каналу памяти. Таким образом, имеется по одному порту памяти на функциональное устройство.
Портам памяти обычно присваиваются постоянные приоритеты для разрешения конфликтных ситуаций между функциональными устройствами, пытающимися обратиться к одной и той же памяти одновременно.
Многопортовая организация разрешает доступ к различным устройствам памяти только для определенных подгрупп процессоров и устройств ввода-вывода, создавая тем самым «закрытый» режим использования определенных устройств памяти. Это особенно важно для систем высокой секретности.
Процессор 2
Процессор 3
Процессор 1
Память 2
Память 3
Память 1
Память 4
Устройство ввода-вывода 3
Устройство ввода-вывода 1
Устройство ввода-вывода 2
Рисунок 15.3 - Многопроцесорная организация с многопортовой памятью
Организация многопроцессорных операционных систем
Существуют три основных варианта организации ОС для многопроцессорных систем:
а) «главный-подчиненный»;
б) с раздельным монитором (свой монитор в каждом процессоре);
в) симметричная организация.
15.3.1 Организация «главный-подчиненный»
При организации «главный-подчиненный» (рис.15.4) ОС выполняется только на главном процессоре. На подчиненном процессоре выполняются только программы пользователей. Когда процесс на подчиненном процессоре требует внимания ОС, он генерирует сигнал прерывания и ждет, чтобы главный процессор обработал это прерывание. Если подчиненных процессоров много и они активно генерируют сигналы прерывания, то у главного процессора могут создаваться большие очереди.
Устройство ввода-вывода
Главный процессор
Память
Подчиненный процессор
Рисунок 15.4 - Многопроцессорная система с организацией «главный-подчиненный»
Решение проблемы взаимоисключения упрощается при обращении к системным таблицам, поскольку ОС работает только на одном процессоре.
Подчиненный процессор, который освобождается в момент, когда главный процессор занят, должен будет ждать, пока главный процессор не предоставит ему дополнительную работу. Если подчиненные процессоры выполняют большое количество коротких задач, это может привести к чрезмерной дополнительной нагрузке главного процессора. Если главный процессор не сможет быстро реагировать на поступающие запросы, то значительная часть вычислительных мощностей подчиненных процессоров будет оставаться неиспользованной.
Организация «главный-подчиненный» обладает следующим достоинством – наиболее проста для реализации.
Организация «главный-подчиненный» обладает следующим недостатком – ненадежна, поскольку выход главного процессора из строя вызывает катастрофический отказ системы.
Организация «главный-подчиненный» приемлем для работы в условиях с четко определенными нагрузками, поскольку здесь возможно добиться оптимального планирования загрузки процессора. Такая организация пригодна также для асимметричных систем, в которых подчиненные процессоры обладают гораздо меньшей вычислительной мощностью, чем главный.