Системы с общей оперативной памятью UMA, SMP, NUMA

Мультипроцессорность Многопроцессорность ( Мультипроцессорность, Многопроцессорная обработка, англ. Multi – processing ) использование пары или большего количества физических процессоров в одной компьютерной системе. Термин также относится к способности системы поддержать больше чем один процессор и/или способность распределить задачи между ними.

Мультипроцессорность

В системе с общей оперативной памятью имеется ОЗУ, и любой процессорный элемент имеет доступ к любой точке общего ОЗУ, то есть любой адрес может быть исполнительным для любого процессора Виды систем с общей оперативной памятью UMA Uniform Memory Access SMP Symmetrical MultiProcessing NUMA Non-Uniform Memory Access

UMA Uniform Memory Access (сокращённо UMA « однородный доступ к памяти ») архитектура многопроцессорных компьютеров с общей памятью. Все микропроцессоры в UMA-архитектуре используют физическую память одновременно. При этом время запроса к данным из памяти не зависит ни от того, какой именно процессор обращается к памяти, ни от того, какой именно чип памяти содержит нужные данные. Однако каждый микропроцессор может использовать свой собственный кэш.

SMP Симметричное_мультипроцессирование (англ. Symmetric Multiprocessing, сокращённо SMP) – архитектура многопроцессорных компьютеров, в которой два или более одинаковых процессоров подключаются к общей памяти. SMP-системы являются подвидом UMA-систем.

Особенности: -Все процессы имеют прямой и равноправный доступ к любой точке памяти; -Конфликты при обращении к шине; -SMP системы позволяют любому процессору работать над любой задачей независимо от того, где в памяти хранятся данные для этой задачи; -Сильные задержки при доступе к памяти; -Ограниченное количество процессорных элементов; -Проблема когерентности кэша; -Поддержка SMP должна быть встроена в ОС, иначе дополнительные процессоры будут оставаться незагруженными, и система будет работать как однопроцессорная. SMP

Масштабируемость Наличие общей памяти сильно упрощает взаимодействие процессоров между собой, однако накладывает сильные ограничения на их число – не более 32 в реальных системах. Для построения масштабируемых систем на базе SMP используются кластерные или NUMA- архитектуры.

SMP Пример: данные измерения пропускной способности кэш-памяти и основной памяти для персонального компьютера на базе процессора Pentium III 1000 Мгц. В данном процессоре кэш-память имеет два уровня: L1 (буферная память команд) - объем 32 Кб, скорость обмена 9976 Мб/сек; L2 (буферная память данных) - объем 256 Кб, скорость обмена 4446 Мб/сек. В то же время скорость обмена с основной памятью составляет всего 255 Мб/сек. Это означает, что для 100% согласованности со скоростью работы процессора (1000 Мгц) скорость работы основной памяти должна быть в 40 раз выше!

Примеры SMP используется: -HP 9000 V-class, N-class; - SMP-сервера и рабочие станции на базе процессоров Intel (IBM, HP, Compaq, Dell, ALR, Unisys, DG, Fujitsu и др.).

`

NUMA NUMA ( Non-Uniform Memory Access « неравномерный доступ к памяти » или Non-Uniform Memory Architecture « Архитектура с неравномерной памятью ») схема реализации компьютерной памяти, используемая в мультипроцессорных системах, когда время доступа к памяти определяется её расположением по отношению к процессору. В NUMA память физически распределена, но логически общедоступна

CPU 0 Контроллер памяти CPU 0 Локальная память 0 … CPU N–1 Контроллер памяти CPU N– 1 Локальная память N–1 общая шина

NUMA Особенности : Системы NUMA состоят из однородных базовых узлов, содержащих небольшое число процессоров с модулями основной памяти; Используют небольшое количество очень быстрой неразделяемой памяти, известной как кеш, который ускоряет обращение к часто требуемым данным; Существует межпроцессорное взаимодействие между контроллерами кеша для сохранения когерентности памяти, когда более чем один кеш хранит одну и ту же ячейку памяти; Операционная система, поддерживающая NUMA, пытается уменьшить частоту доступа такого типа путем перераспределения процессоров и памяти таким способом, чтобы избежать гонок и блокировки; Степень параллелизма выше, чем в SMP.

Масштабируемость Масштабируемость NUMA-систем ограничивается объемом адресного пространства, возможностями аппаратуры поддержки когерентности кэшей и возможностями операционной системы по управлению большим числом процессоров. На настоящий момент, максимальное число процессоров в NUMA-системах составляет 256 (Origin2000). NUMA

Примеры: - HP HP 9000 V-class в SCA- конфигурациях; -SGI Origin2000; - Sun HPC 10000; - IBM/Sequent NUMA-Q 2000; - SNI RM600.

Спасибо за внимание! Шабалина Е., ЧелГУ, г. Миасс