计算机系统结构第8章多处理机课件教学.pptVIP

第8章 多处理机 内容提要: 第8章 多处理机 8.1 多处理机的基本结构与类型 8.2 并行多处理机技术 8.3 并行多处理机的发展趋势 8.1.1 紧耦合多处理机 8.1.2 松耦合多处理机 8.1.3 多处理机中的Cache一致性 8.2 并行多处理机技术 8.2.1 程序并行性分析 8.2.2 并行程序设计语言 8.2.3 多处理机操作系统 8.2.4. 多处理机调度策略 8.2.1 程序并行性分析 8.2.2 并行程序设计语言 8.2.3 多处理机操作系统 8.2.4. 多处理机调度策略 8.3 并行多处理机的发展趋势 8.3.1 大规模并行处理机 8.3.2 MPP机举例 8.3.3 共享存储器型多处理机 8.3.4 并行向量处理机 8.3.5 机群 8.3.1 大规模并行处理机 8.3.2 MPP机举例 8.3.3 共享存储器型多处理机 8.3.4 并行向量处理机 8.3.5 机群 （4）全局资源管理与利用 研究机群的目的在于提高数值运算和数据处理能力，充分利用系统的硬软件资源。为此需在一般操作系统（UNIX，Linux，Windows等）上建立全局资源管理系统，包括组管理、资源分配和并行文件系统等。这样，通过虚拟机管理可充分利用其它结点机上的主存来替代本地磁盘访问。 另外，人们关心的还有网络数据的传送方式，比如广播、多播、全局高效操作的实现、并行算法模型的建立以及并行I/O等。 2. 机群系统中的通信技术 开发研究高速通信技术，提高网络带宽。主要措施如下： （1）采用新型高速网络，提高网络带宽 ① 快速以太网：共享介质的快速以太网带宽为100Mbps，可用于机群系统连接，有利于提高系统的性能。但是原封不动地沿用了现有的载波侦听技术（CSMA/CD），使所有设备共享100Mbps的带宽，这样实际带宽往往小于100Mbps。因此基于开关网络的快速以太网产生，能较大幅度地提高整个系统的聚合带宽，速率可达1Gbps。 ② ATM：是以53个字节为信元（Cell）进行数据传输的新型通信网络，在端到端之间采用“虚拟电路连接”机制，而在网络中采用高速分组交换技术。从理论上讲，ATM不受网速限制，可在任何速度下操作，尤其适合于多媒体信息的传输。因此，为机群系统提供 了网络支持。 ③ Myrinet：是由Myricom公司推出的一种高速网络，采用MPP机中的开关交换技术、Cut-through路由技术和8位数据传送通道等，因而具有很高的网络带宽。也为机群系统提供了网络支持。 （2）设计新的通信协议，降低通信时延 仅从链路层来看，协议层次多，数据拷贝频繁，影响实际网络速率。另外，任何数据包的传送都有一定的时间延迟。为了进一步提高网络带宽，一个重要的途径就是修改或设计新的协议，以减少操作系统的额外操作。 可选方法有以下3种： ① 在用户空间实现通信协议：是在用户空间构建一个用户态的协议层，以此旁路操作系统的影响，直接对网络硬件设备进行操作。这样可减少数据拷贝的次数，减少系统调用时间，提高通信效率。 ② 精简通信协议：对于传统的通信协议和数据传送方式，有些功能在机群系统中不再必要，因此可以精简。一是精简功能，二是精简协议层次。 ③ 建立新的通信机制提高通信效率：已得到各方面人士的重视，其中Active Message就是一种全新的通信机制，可有效提高通信系统的性能。主要特点有以下4点： 在传送的消息（数据结构）中增加两项内容，即消息处理程序指针和参数。这样，当消息到达目标结点后可立即产生中断调用，启动消息处理程序；在从网卡上读取消息之后，立即向发送端发一应答信号。 消息处理方式与硬件处理方式相一致，顺应了网络硬件的通信过程，二者结合可更有效地发挥网络硬件的功能，提高通信效率。 是一种消息驱动的异步通信方式，可实现通信与计算重叠，有利于提高CPU的效率。 简化接收方的缓冲管理，在程序中指定数据存储空间，接收到的数据直接存入指定区域，节省接收方的数据缓冲过程。 3. 并行程序设计环境 广义地讲，并行程序设计环境应当包括硬件平台、操作系统、并行程序设计语言及相应的编译与工具软件。狭义地讲，仅指系统核心程序之上的工具软件。这种软件支持并行程序设计，包含充分的系统库函数，且有一种或多种编程模型。目前用在分布式多处理机和机群系统中的并行程序设计环境主要有PVM、XPVM、MPI、EXPRESS、Linda以及IPCE等。 （1）PVM PVM（Parallel virtual machine）是在1989年由美国多家大学和研究机构共同推出的一套并行计算软件