第九章多處理機(jī)-文庫(kù)吧
2025-09-07 21:51 本頁(yè)面
【正文】 rchitecture) 模型， COMA是一種只用 Cache的多處理機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上， COMA模型是 NUMA模型的一種特例。后者分布存儲(chǔ)器換成了 Cache。 ▲ 在每個(gè)處理機(jī)結(jié)點(diǎn)上沒有主存儲(chǔ)器，全部 Cache組成了全局虛擬地址空間。 ▲ 遠(yuǎn)程 Cache訪問通過分布 Cache目錄進(jìn)行。 ▲ 共享存儲(chǔ)系統(tǒng)擁有統(tǒng)一的尋址空間，程序員不必參與數(shù)據(jù)分配和傳輸。 互連網(wǎng)絡(luò) COMA多處理機(jī)模型 目錄 1 Cache1 …… P1 目錄 2 Cache2 P2 目錄 n Cachen Pn 多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1）結(jié)構(gòu)靈活性 SIMD從解決專用問題發(fā)展而來，其結(jié)構(gòu)針對(duì)數(shù)組向量處理算法而設(shè)計(jì)，特點(diǎn)是：處理單元很多，但只需設(shè)置有限和固定的互連通路，即可滿足并行性很高的算法需要，是以解決大型數(shù)組計(jì)算問題為主的計(jì)算機(jī)。用庫(kù)克分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于數(shù)組單執(zhí)行（ SEA）一類。 MIMD有較強(qiáng)的通用性，即使對(duì)數(shù)組運(yùn)算，也可以同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)組進(jìn)行不同的處理，稱為數(shù)組多執(zhí)行（ MEA）；它可以同時(shí)對(duì)多個(gè)標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，稱為標(biāo)量多執(zhí)行（ MES）。要求能適應(yīng)更多樣的算法，更靈活的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的互連模式，同時(shí)解決共享資源沖突問題，因此， MIMD中處理單元數(shù)量不多。 SIMD：專用， PE數(shù)很多（幾千個(gè)），固定有限的通信 MIMD： 通用， PE幾十個(gè)，高速靈活的通信 2）程序并行性 SIMD實(shí)現(xiàn)操作級(jí)的并行，其并行性存在于指令內(nèi)部，由于結(jié)構(gòu)固定，加上系統(tǒng)專用，因此并行性易于實(shí)現(xiàn)。 MIMD不限于解決數(shù)組向量問題，其并行性存在于指令外部，表現(xiàn)在多個(gè)任務(wù)之間，加上通用性要求，從而使程序并行性的識(shí)別難度較大，需要利用多種途徑，如算法、程序語言、編譯、操作系統(tǒng)直至指令、硬件，盡量挖掘各種潛在的并行性，而且程序并行化的主要任務(wù)不應(yīng)放在程序員肩上。 3）并行任務(wù)派生 SIMD把同種操作集中在一起，由指令直接啟動(dòng)各 PE同時(shí)工作。 MIMD用專門的指令來表示并發(fā)關(guān)系，一個(gè)任務(wù)開始執(zhí)行時(shí)能夠派生出與它并行執(zhí)行的另一些任務(wù)，如果任務(wù)數(shù)多于處理機(jī)數(shù)，多余的任務(wù)進(jìn)入排隊(duì)器等待。 4）進(jìn)程同步 SIMD僅一個(gè) CU，自然是同步的 MIMD執(zhí)行不同的指令，工作進(jìn)度不會(huì)也不必保持相同，先做完的要停下來等待。有數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)也要停下來等待，要采取特殊的同步措施來保持程序所要求的正確順序。 一個(gè)簡(jiǎn)單的例子： Y = A+B*C*D/E+F 用兩個(gè)處理機(jī)： CPU1： CPU2： B*C， D/E， A+F， B*C*D/E， A+B*C*D/E+F 5）資源分配和進(jìn)程調(diào)度 SIMD的 PE數(shù)目固定，受同一控制器控制，程序員采用屏蔽手段改變實(shí)際參加操作的 PE數(shù)目。 MIMD執(zhí)行并發(fā)任務(wù)，需用處理機(jī)的數(shù)目不固定，各個(gè)處理機(jī)進(jìn)入或退出任務(wù)的時(shí)刻不相同，所需共享資源的品種、數(shù)量又隨時(shí)變化。因此，如何進(jìn)行資源分配和進(jìn)程調(diào)度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率有直接的影響。 多處理機(jī)的 Cache一致性問題 問題由來 由于一般的 MIMD中處理機(jī)除了擁有共享存儲(chǔ)器外，還有自己的 Cache，因此， MIMD的一般模型可描述如下（假設(shè)兩個(gè)處理機(jī)）： P1 P2 總線 共享 存儲(chǔ)器 處理機(jī) 高速緩沖 存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)分布在 P1的 Cache1 、 P2的 Cache2和共享存儲(chǔ)器中。多處理機(jī)的Cache的不一致包括 Cache1與 Cache2之間的數(shù)據(jù)不一致以及 Cache Cache2與共享存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)不一致。 問題是有哪些因素會(huì)引起上述數(shù)據(jù)不一致？ 1）共享可寫數(shù)據(jù)引起的不一致 假設(shè)有兩個(gè)處理機(jī) P P2，它們私有的 Cache分別為 C C2， CC2中保存共享存儲(chǔ)器某個(gè)數(shù)據(jù) X的拷貝，其初始狀態(tài)如下圖所示。 假設(shè) P1改寫 C1，使 X變?yōu)?X`，如果 P1采用“寫通過 WT(Write Through)”策略，那么，主
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