第11章 多处理机与机群系统 课件(共109张PPT)- 《计算机原理》同步教学（西安科大出版社）

(课件网) 第11章 多处理机与机群系统 11.1 多处理机系统特点与分类 11.2 多处理机软件和典型的多处理机系统 11.3 机群系统 关联 习题 11.1 多处理机系统特点与分类 　　多处理机具有两台以上处理机，每台处理机可以带有本地Cache、本地存储器、甚至I/O设备，它们都能独立执行各自的程序。多台处理机之间通过总线、纵横交叉开关、多级互连网络或高速的商品化网络实现互连。多处理机可以通过共享存储器，也可以通过消息传送系统来实现处理机间的通信。多台处理机在操作系统的控制下，实现资源的统一分配与调度。具有多任务处理，协同求解，提高速度的特点，并利用冗余，提高可靠性、适应性、可用性。为了不同的目的，使用不同的技术途径，可以发展出同构型、异构型、分布型等形式各异的多处理机系统。 11.1.1 基本结构 　　多处理机是指两个或两个以上处理机(包括PU和CU)，通过高速互连网络连接起来，在统一的操作系统管理下，实现指令以上级(任务级、作业级)并行。按照Flynn分类法，多处理机系统属于MIMD计算机，多处理机系统由多个独立的处理机组成，每个处理机都能够独立执行自己的程序。 　　多处理机有两种基本的结构：共享存储器结构和分布式存储器结构。这两种结构的多处理机都是通过底层的互连网络实现数据的交换和同步的，如图11-1所示。 图 11-1 多处理机系统的两种基本结构 　　分布式存储器结构每台处理机都有自己的存储器和I/O设备，处理机之间通过点对点的信息交换实现通信。整个存储器被分成多个模块，每个模块与一个处理机紧密结合，因此这种结构的存储模块也被称为本地存储器。当处理机访问本地存储器时，不需要通过互连网络就可以直接进行，但是，系统内的任意一个处理机仍然可以通过互连网络访问系统中的任何一个存储器模块。 11.1.2 多处理机系统特点 　　多处理机属于多指令流多数据流(MIMD)计算机，它和单指令流多数据流(SIMD)计算机的并行处理机相比，有很大的差别。它们的差别归根结底来源于并行性级别的不同：多处理机要实现任务一级的并行，不能再像SIMD计算机那样只能对多数据流执行同一指令操作。因此，在结构上，它的多个处理机要用多个指令部件分别控制，并且要有复杂的互连网络实现机间通信；在算法上，不限于数组向量处理，要挖掘和实现更多通用算法中隐含的并行性；在系统管理上，要更多依靠软件手段有效地解决资源管理，特别是处理机管理以及进程调度等问题。下面概括说明多处理机系统的特点。 　　1．结构灵活性 　　多处理机能适应更为多样的算法，具备更为灵活多变的系统结构以实现各种复杂的机间互连模式，同时还要解决共享资源的冲突问题。 　　2．程序并行性 　　在多处理机中，不限于解决数组向量处理问题，并行性存在于指令外部，即表现在多个任务之间，再加上系统通用性的要求，就使程序并行性的识别难度较大。因此，它必须利用多种途径，如算法、程序语言、编译、操作系统，以至指令、硬件等，尽量挖掘各种潜在的并行性，而且主要的责任不能放在程序员肩上。 　　3．并行任务派生 　　多处理机是处于多指令流操作方式，一个程序当中就存在多个并发的程序段，需要专门的指令来表示它们的并发关系以控制它们的并发执行，以便一个任务开始被执行时就能派生出可与它并行执行的另一些任务，这个过程称为并行任务派生。 　　4．进程同步 　　多处理机所实现的是指令、任务、程序级的并行。一般地说，在同一时刻，不同的处理机执行着不同的指令。这就要求多处理机采取特殊的同步措施，才能使并发进程之间保持程序所要求的正确顺序。 　　 　　5．资源分配和进程调度 　　多处理机执行并发任务，需用处理机的数目没有固定要求，各 ... ...