19. Когерентность кэш. Примеры реализации когерентности кэш-памяти: VI, msi, mesi.
Когерентность кэш: В многопроцессорной системе у каждого процессора существует свой собственный кэш. Все кэш-памяти работают с одной общей памятью.
Когерентность кэш - синхронизация актуальных данных во всех кэш-памятях.
19.1 Параллелизм уровня потоков
Поток - неделимая в плане распараллеливания часть выполняемой программы (процесса).
Разделение вычислений между несколькими исполнительными потоками
несколько независимых последовательных потоков, которые конкурируют за общие ресурсы (память, устройства ввода/вывода).
○ Несколько последовательных потоков, которые взаимодействуют друг с другом.
Коммуникационная модель.
Общая память (Shared Memory).
■ Единое адресное пространство.
■ Неявная связь с помощью загрузки и сохранения в память.
○ Обмен сообщениями (Message Passing).
■ Раздельное адресное пространство.
■ Явная связь путем отправки и получения сообщений.
19.2 Синхронизация
● Необходимость в синхронизации возникает каждый раз, когда в системе существуют параллельные процессы.
○ Вилки и соединения (Fork and Join): параллельный процесс может подождать, пока не произойдет несколько событий
(Выполнение далее не
произойдет, пока оба
процесса P1 и P2 не завершатся. Их необходимо синхронизировать).
○ Производитель и потребитель (Producer-Consumer): потребительский процесс должен ждать, пока процесс производителя не произведет данные
(Потребитель не может
быть запущен раньше
чем производитель произведет данные).
○ Взаимное исключение: ОС должна гарантировать, что ресурс используется только одним процессом в данный момент времени.
19.3 Потоково-безопасное программирование
Многопоточные программы могут выполняться на одном процессоре с помощью таймшеринга.
Каждый поток выполняется некоторое время (Прерывание по таймеру), а затем ОС переключается на другой поток.
Потоково-безопасные многопоточные программы ведут себя одинаково вне зависимости от того, выполняются и они на нескольких процессорах или на одном процессоре.
Мы будем предполагать, что каждый поток имеет свой собственный процессор для запуска.
19.4 Синхронная связь
Решения:
Буфер FIFO
Буфер FIFO ослабляет ограничения, связанные с синхронизацией. Производитель может опередить потребителя на N значений. (N - глубина буфера).
Мультиядерность
Каждое ядро имеет свой program counter и может выполнять разные участки программы.
Современные процессоры обычно имеют от 2 до 8 ядер, где каждое ядро имеет собственный кэш для повышения производительности
Ядра могут использоваться совместно для ускорения работы приложения. (Использование многопоточности).
Ядра взаимодействуют друг с другом через память. (За их синхронизацию отвечают, допустим, семафоры)
Когерентность кэш л18 47:24
Когерентность кэша — свойства кэш-памяти, означающее целостность данных, хранящихся в локальных кэшах, разделяемой системы.
Каждая ячейка кэша имеет флаги, описывающие, как ее состояние соотносится с состоянием ячейки с таким же адресом в других процессорах системы.
Необходимо создать иллюзию единой общей памяти, даже если многоядерные системы имеют несколько приватных(собственных) кэшей.
Информация в приватных кэшах обновляется ядрами и эта обновленная информация должна быть доступна всем другим кэшам, которые собираются использовать эту информацию.
