Linux 和对称多处理.pdfVIP

Linux 和对称多处理 在 SMP 系统上发挥 Linux 的功能 级别： 中级 M. Tim Jones, 顾问工程师, Emulex 2007 年 4 月 02 日 如主流中央处理器（CPU）供应商所证明的那样，多核处理器随时准备着占领桌面和嵌 入式市场。多处理带来了更高的性能，也同时带来了新的问题。本文将探讨多处理和开发 使用 SMP 的 Linux® 应用程序背后的思想。 可以通过多种方法提高 Linux 系统的性能，而其中最流行的一种是提高处理器的性能。一个明显的解 决方案是使用具有更快时钟频率的处理器，但是对于任何特定技术来讲都存在一个物理极限，时钟频 率也有这样的极限。当达到那个极限时，可使用 “越多越好” 的方法应用多处理器。不幸的是，多处理 器的性能并不与单个处理器性能的总和成线性比例。 在开始讨论 Linux 中的多处理应用程序之前，我们先来快速地回顾一下多处理的历史。 多处理的历史 多处理起源于 20 世纪 50 年代中期的一些公司，这些公司中 Flynn 的多 CPU 架构分类 有些您可能知道，而另一些您可能就不记得了（IBM、Digital Single Instruction, Single Equipment Corporation、Control Data Corporation ）。20 世 Data （SISD ） 是典型的单处理器架 纪 60 年代早期，Burroughs Corporation 引入了一种对称 构。Multiple Instruction, Multiple MIMD 多处理器，它带有四个 CPU 并通过交叉开关可连接最 Data （MIMD ） 多处理架构拥有一些 多十六个内存模块（第一种 SMP 架构）。1964 年引入了 独立的处理器，它们各自操作独立数 CDC 6600 ，它的使用比较成功并得到流行，它提供了一个带 据（控制并行）。最后，Single 有十个子处理器（外围处理单元）的 CPU。20 世纪 60 年代 Instruction, Multiple Data （SIMD ） 末，Honeywell 发布了它的第一个 Multics 系统，这是带八个 拥有操作不同数据的大量处理器（数 CPU 的另一种对称多处理系统。 据并行）。 在开发多处理系统的同时，各种技术的使用也提高了缩小处 请参阅下面的 参考资料 部分，获取 理器体积和运行更快的时钟频率的能力。20 世纪 80 年 Flynn 的原始文件的详细信息。 代，Cray Research 等公司引入了多处理器系统和类似 UNIX® 的操作系统（CX-OS ），以便利用这些能力。 20 世纪 80 年代末期，随着单处理器个人计算机系统（如 IBM PC ）的流行，多处理系统的使用呈下 降趋势。但是到了二十年后的现在，多处理利用对称多处理技术又回到了个人计算机系统中。 Amdahl 法则 Gene Amdahl 是一名计算机架构师、IBM 职员，在 IBM、Amdahl Corporation （以他的名字命名的企 业）和其他一些公司从事计算机架构开发。但是最著名的是他的法则，该法则用于在改进系统的一部 分后预测最大的预期系统改进。它主要用来计算使用多处理器后理论上的最大性能改进（参见图 1 ）。 图 1. 处理器并行化的 Amdahl 法则 使用图 1 所示的等式，可计算系统的最大性能改进，N 表示处理器的数目，而因数 F 指定不能并行化 的系统部分（即本质上顺序的系统部分）。结果如图 2 所示。 图 2.