Симметричные мультипроцессорные системы

Основой для построения симметричных мультипроцессорных систем (symmetric multiprocessors или SMP) является архитектура UMA, поэтому аббревиатура SMP иногда расшифровывается как shared memory processors.

SMP- система – это ВС, обладающая следующими характеристиками:

· все процессоры, составляющие систему, являются одинаковыми или близкими по параметрам;

· все процессоры системы равноправны и способны выполнять одинаковый набор функций (этим объясняется термин «симметричные»);

· все процессоры совместно используют общую память системы и работают в едином виртуальном и физическом адресном пространстве;

· взаимосвязь процессоров и доступ процессоров к общей памяти осуществляется через общую системную магистраль или посредством специальной коммуникационной среды (коммутаторов), обеспечивающих одинаковое время доступа к ресурсам памяти каждого из процессоров;

· все процессоры имеют доступ к общим ресурсам устройств ввода – вывода, т.е. разделяют их;

· любой из процессоров может обслуживать внешние прерывания;

· симметричная ВС управляется общей для всех процессоров децентрализованной операционной системой (ОС), расщепленной на отдельные модули, которые могут выполняться параллельно во времени на разных доступных процессорах, таким образом, все процессоры равноправно участвуют в управлении вычислительным процессом;

· ОС организует и координирует взаимодействие между процессорами и программами на уровне заданий, задач, файлов и отдельных элементов данных.

Варианты структур симметричных мультипроцессорных систем в общем виде показаны на рис.13.3 и рис.13.4.

Операционная система планирует процессы или нити (threads) процессов сразу всем процессорам, скрывая от пользователя мультипроцессорность SMP – системы.

Классическим примером широко применяемых симметричных ВС являются высокопроизводительные серверы корпоративного класса, содержащие 2,4,8,…центральных процессоров и обеспечивающие высокие производительность и надежность (степень готовности 0,99999, что соответствует допустимому времени простоя – не более 5 мин. в год).

Типовая SMP – система содержит от двух до 32 идентичных процессоров, в качестве которых, например, могут использоваться процессоры Pentium, PowerPC. Каждый процессор имеет локальную кэш-память, согласованность содержимого которых всех процессоров обеспечивается аппаратными средствами. Если число процессоров не превышает четырех, проблему когерентности технически и экономически целесообразно решить за счет совместно используемой кэш-памяти, как показано на рис.13.4.

Все процессоры симметричной системы имеют равноправный доступ к разделяемым общей памяти и устройствам ввода-вывода. Эта возможность обеспечивается коммуникационной системой. Обычно процессоры взаимодействуют между собой через общую память, хотя в некоторых SMP – системах предусмотрен также прямой обмен сигналами между процессорами.

Общая память системы обычно реализуется по модульному принципу и организована так, что допускается одновременное обращение к разным модулям. В некоторых развитых конфигурациях в дополнение к совместно используемым ресурсам каждый процессор обладает собственной локальной памятью и устройствами ввода-вывода.

По способу организации взаимодействия процессоров с памятью и устройствами ввода-вывода выделены следующие виды архитектур SMP – систем:

с общей шиной и временным разделением;

с коммутатором;

с многопортовой памятью;

с централизованным устройством управления.