体系结构第7章 第5讲.pptVIP

16处理器系统 128处理器构成的Origin 2000系统由4个立方体组成，在立方体之间传送数据多经过了一级路由器。 在结点内部实现的是SMP（对称多处理器）结构，由于只有两个处理器，所以不存在SMP结构的总线瓶颈问题。在结点之间实现的是大规模并行处理结构。 谢谢！ 计算机体系结构 * 国家精品资源共享课程：计算机体系结构 第七章：多处理机 国防科技大学计算机学院 主讲人： 第七章 多处理机 7.5.3.同步性能问题 例7.3 设总线上有10个处理器同时准备对同一变量加锁。假设每个总线事务处理(读失效或写失效)是100个时钟周期，忽略实际的Cache块锁的读写时间以及加锁的时间，求10个处理器请求加锁所需的总线事务数目。设时间为0时锁已释放并且所有处理器在旋转，求处理这10个请求时间为多长?假设总线在新的请求到达之前已服务完挂起的所有请求，并且处理器速度相同。 解：当i个处理器竞争锁的时候，他们完成下列操作序列，每一个操作产生一个总线事务： 访问该锁的i个LL指令操作； 试图锁住该锁的i个SC指令操作； 1个释放锁的存操作指令。 因此对n个处理器，总线事务的总和为： ∑(2i+1)=n(n+1)+n=n2+2n 对于10个处理器有120个总线事务，需要12000个时钟周期。 本例中问题的根源是锁的竞争、存储器中锁访问的串行性以及总线访问的延迟，总线的公平性使得这些情况更为突出。因为总线的公平性，一个处理器释放锁后，其余的处理器都来竞争取锁。 栅栏（barrier）同步 栅栏强制所有到达该栅栏的进程进行等待，直到全部的进程到达栅栏，然后释放全部的进程，从而形成同步。 栅栏的典型实现是要用两个旋转锁：一个用来记录到达栅栏的进程数，另一个用来封锁进程直至最后一个进程到达栅栏。栅栏的实现中要不停地探测指定的变量，直到它满足规定的条件。 Lock(counterlock)； ／*确保更新的原子性*／ if(count=0) release=0； ／*第一个进程则重置release*／ ／*到达进程记数*／ unlock(counterlock)； ／*释放锁*／ if(count==total){ ／*进程全部到达*／ count=0； ／*重置计数器*／ release=1； ／*释放进程*／ ｝ else { ／*还有进程未到达*／ spin(release=1)； ／*等待别的进程到达*／ ｝ 针对反复使用一个栅栏的改进： local_sense=! local_sense； ／*local-sense取反*／ lock(counterlock)； ／*确保更新的原子性*／ count++； ／*记算到达进程数*／ unlock(counterlock)； ／*解锁*／ if(count==total) { ／*进程全部到达*／ count=0； ／*重置计数器*／ release=local_sense； ／*释放进程*／ ｝ else { ／*还有进程未到达*／ spin(release=local_sense)； ／*等待信号*／ ｝ 当多进程之间竞争激烈时，同步会成为瓶颈。当竞争不激烈且同步操作较少时，我们主要关心的是一个同步原语操作的延迟，即单个进程要花多长时间才完成一个同步操作。 同步操作最严重的问题的是进程的串行性。当出现竞争时，就会出现串行性问题。它极大地增加了同步操作的时间。比如，在无竞争的条件下，10个处理器加解锁的同步操作仅需20个总线事务。总线的使用是这个问题关键所在。在基于目录的Cache一致性机器中，串行性问题也同样严重 7.5.2.大规模机器的同步 1.软件实现 1）延迟进程的等待时间