
- •Оглавление.
- •§1.2. Режим реального времени
- •Глава 2. Вычислительные системы §2.1. Классификация вс.
- •§2.2. Показатели качества вс.
- •§2.3. Классификация вс по организации структуры.
- •Глава 3. Распределение ресурсов процессора. §3.1. Принципы упорядочивания ресурсов вс методами теории расписаний.
- •§3.2. Общая постановка задачи упорядочивания.
- •§3.3. Задачи и критерии детерминированного распределения производительности вычислительных систем.
- •Глава 4. Распределение памяти в вс. §4.1. Оптимизация распределения памяти по иерархическим уровням.
- •§4.2. Управление замещением страниц в двухуровневой памяти.
- •§4.3. Класс многоуровневых алгоритмов замещения.
- •§4.4. Модели поведения программ и критерии качества.
- •Глава 5. Классические архитектуры многомашинных и многопроцессорных комплексов. §5.1. Многомашинные комплексы.
- •§5.2. Многопроцессорные комплексы.
- •§5.3. Типы структур мпвк.
- •Глава 6. Примеры многомашинных и многопроцессорных систем. §6.1. Вк на базе ес эвм (ibm).
- •§6.2. Вк на базе см эвм (dec).
- •§6.3. Комплексы на основе микро-эвм и микропроцессоров.
- •Глава 7. Особенности организации вычислительных процессов.
- •Глава 8. Системы параллельной обработки данных. §8.1. Классификация систем параллельной обработки данных.
- •Глава 9. Кластерные системы. §9.1. Кластерная архитектура.
- •§9.2. Проблемы выполнения сети связи процессоров в кластерной системе.
- •Глава 10. Принципы построения коммуникационных сред. §10.1. Коммутаторы для многопроцессорных вычислительных систем.
- •§10.2. Простые коммутаторы.
- •Алгоритмы арбитража. Статические приоритеты.
- •Динамические приоритеты.
- •Фиксированные временные интервалы.
- •Очередь fifo.
- •Особенности реализации шин.
- •Простые коммутаторы с пространственным разделением.
- •§10.3. Составные коммутаторы.
- •Коммутатор Клоза.
- •Распределенные составные коммутаторы.
- •Глава 11. Примеры построения коммуникационных сред. §11.1. Когерентный интерфейс sci.
- •§11.2.Коммуникационная среда myrinet.
- •Глава 12. Сосредоточенные вычислительные системы высокой производительности. §12.1. Конвейерные системы.
- •§12.2. Иерархия памяти.
- •§12.3. Управление и организация конвейеров.
- •§12.4. Статические конвейеры.
- •§12.5. Диаграмма состояний.
- •§12.6. Генерирование таблиц занятости на основе циклов.
- •§12.7. Конвейеры с динамической конфигурацией.
- •§12.8. Функции управления в конвейерных системах.
- •§12.9. Архитектура конвейерных систем.
- •§12.10. Примеры конвейерных систем.
- •§12.11. Матричные вычислительные системы.
- •Резюме.
- •Список литературы.
§4.2. Управление замещением страниц в двухуровневой памяти.
Рассмотрим вопросы обмена информацией между первыми двумя наиболее быстродействующими уровнями памяти. Эти уровни будем будем называть основной памятью (ОП) и вспомогательной (ВП). Такой обмен характерен при использовании кэш-памяти. Так как наибольшее распространение получила страничная организация памяти, то здесь рассмотрим математические модели управления замещения страниц в двух- уровневой памяти. Алгоритм замещения определяет состав страниц в более быстродействующей основной памяти. Минимальную частоту обращения к ВП давал бы алгоритм, замещающий те страницы в ОП, обращение к которым произойдет через максимально долгое время. Однако реализовать такой алгоритм невозможно, так как заранее не известна информация о будущих обращениях.
Основной вопрос, возникающий при синтезе алгоритмов замещения, заключается в нахождении алгоритмов, которые дают приемлемую частоту обращений к ВП для самых различных программ, структура которых заранее неизвестна. В процессе работы объемы ОП, выделяемые программе, либо фиксируются, либо определяются динамически в ходе выполнения программ. В качестве примера можно привести 3 алгоритма замещения для фиксированного объема памяти ОП:
Случайное замещение (СЗ). В этом случае с заданной на множестве страниц ОП вероятностью замещается любая страница в ОП.
Раньше пришла – раньше ушла (РПРУ). При этом замещается страница, которая дольше всех находилась в ОП.
Замещение наиболее давно использованной страницы (НДИ). В этом случае замещается страница, которая дольше всех не запрашивалась.
Среди алгоритмов замещения, рассчитанных на переменный объем ОП, выделяемый программе, наиболее известен алгоритм рабочего комплекта (РК). Согласно ему, в любой момент времени в ОП хранятся только те страницы, к которым происходили обращения на интервале (t-τ,t), где τ – фиксированный параметр. При использовании алгоритма РК, в отличие от таких алгоритмов как СЗ, РПРУ, НДИ, можно уменьшать или увеличивать объем ОП, отводимый программе, в зависимости от ее поведения. Поэтому алгоритм РК можно использовать для динамического распределения ОП. Пусть ε=(1,2…,n) – совокупность страниц данной программы. Предположим, что все n страниц постоянно хранятся в ВП и только m<n страниц могут храниться в ОП.
Поведение программы
опишем последовательностью страниц
х1,
х2,
..., к которым происходят обращения в
процессе ее выполнения. Обозначим эту
последовательность через ω = (x1,x2,…).
Если xt
= i,
то это означает, что обращение к странице
i
происходит в момент t.
Будем говорить, что при обращении к
странице, отсутствующей в ОП, происходит
страничный сбой. Пусть
– совокупность страниц в ОП в моментt.
Физически
реализуемый алгоритм замещения А – это
алгоритм, который для любого t
= 1,2,… определяет множество
в зависимости от наблюдаемой предыстории
,
и
.
СЗ, РПРУ, НДИ, РК – физически реализуемы.
Среди всех алгоритмов замещения выделим важный класс – алгоритм замещения по запросу.
Df.
Пусть объем ОП, отведенный программе
составляет m
страниц. Алгоритм замещения A
по запросу определяет множество
по формуле:
,
где
– замещающая граница.
СЗ, РПРУ, НДИ – примеры алгоритмов по запросу.
Упорядочение в
любой момент t
список страниц
будем называть состоянием ОП. Например,
если
- состояние ОП в моментt-1,
то для РПРУ страница
- поступила раньше в ОП чем страница
,
страница
раньше чем страница
при к>l.
При РПРУ состояние
ОП изменяется только в моменты страничных
сбоев. Если в момент t
запрашивается страница
,
то страница
замещается и новое состояние ОП есть
.
Для алгоритма НДИ состояние ОП изменяется
и при обращении к страницам, находящимся
в ОП. Если
и
,
то
.
При страничном сбое состояние ОП для
НДИ изменяется так же, как и для РПРУ.
Среди физических реализаций алгоритмов
по запросу выделим класс марковских
алгоритмов с конечной памятью, который
при определении замещения страницы
не использует информацию об обращениях
.
Алгоритм замещения
А называется марковским с конечной
памятью, если
.
Правилоf(.)
может быть детерминированным или
рандомизированным. Такие алгоритмы
удобны при реализации.
Алгоритмы СЗ, РПРУ, НДИ - марковские с конечной памятью. Для РПРУ, НДИ f(.) детерминирована, для СЗ – рандомизирована.