第九章多處理機(jī)-在線瀏覽
2024-12-14 21:51本頁面
【正文】 ▲ 每臺(tái)處理機(jī)有局部 Cache ▲ 外圍設(shè)備可以共享 2) NUMA多處理機(jī) 非均勻存儲(chǔ)器存取 (Nonuniform Memory Access)模型 ▲ 存儲(chǔ)器訪問時(shí)間隨存儲(chǔ)單元的位置不同而變化。所有局部存儲(chǔ)器地址空間的集合就組成了全局地址空間。 共享存儲(chǔ)多處理機(jī) 系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò) NUMA多處理機(jī)模型 P1 LM1 …… P2 LM2 Pn LMn 系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò) （總線、交叉開關(guān)、多級(jí)網(wǎng)絡(luò)） UMA多處理機(jī)模型 P1 …… P2 Pn SM1 SM2 SM2 I/O …… 3) COMA多處理機(jī) 只有 Cache的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) (CacheOnly Memory Architecture) 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。 ▲ 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。 ▲ 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。用庫克分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于數(shù)組單執(zhí)行（ SEA）一類。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。 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。 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。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。 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。 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。 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。 多處理機(jī)的 Cache一致性問題 P1 P2 X X X 共享 存儲(chǔ)器 處理機(jī) 高速緩沖 存儲(chǔ)器 初始狀態(tài) P1 P2 X` X X` 寫通過 P1 P2 X` X X 總線 寫回 2）進(jìn)程遷移引起的不一致 假設(shè) P1的 C1保存共享數(shù)據(jù) X的拷貝，而 P2的 C2沒有該共享數(shù)據(jù)。由于某種原因，該進(jìn)程從 P1遷移到 P2上運(yùn)行，修改的 X`仍在 P1的 C1中， P2上的進(jìn)程從主存讀取數(shù)據(jù) X到 C2，即遷移了的進(jìn)程讀取的數(shù)據(jù)是“過時(shí)”了的 X，而非遷移前修改過的 X`。由于某種原因，該進(jìn)程從 P2遷移到 P1上運(yùn)行，此時(shí)， C1中仍然是 X，而不是修改過的 X`。 若 C C2都有共享數(shù)據(jù) X的拷貝，當(dāng) P1運(yùn)行過程中修改了 X的值，使其變?yōu)?X`， P1采用“寫回”策略，那么，主存的 X與 C1中的 X`不一致。 P1 P2 X X 存儲(chǔ)器 處理機(jī) 高速緩沖 存儲(chǔ)器 P1 P2 X X （寫通過） P1 P2 X` X 總線 （寫回） X I/O 存儲(chǔ)器 X` X` （輸入） 存儲(chǔ)器 X X （輸出） 多處理機(jī)的 Cache不一致性解決辦法 1）監(jiān)聽協(xié)議 (Snoopy Protocol)：適用基于總線互連結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。 監(jiān)聽協(xié)議 通過總線監(jiān)聽機(jī)制實(shí)現(xiàn)高速緩沖和共享存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)一致性。 2）“寫回 WB”：改寫
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