Что такое smp архитектура
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
SMP (Symmetric Multiprocessing)
В таксономии Флинна SMP-машины относятся к классу SM-MIMD-машин. Большинство многопроцессорных систем сегодня используют архитектуру SMP.
Содержание
Описание
SMP-системы позволяют любому процессору работать над любой задачей независимо от того, где в памяти хранятся данные для этой задачи, — при должной поддержке операционной системой SMP-системы могут легко перемещать задачи между процессорами, эффективно распределяя нагрузку.
Разные SMP-системы соединяют процессоры с общей памятью по-разному. Самый простой и дешевый подход — это соединение по общей шине (system bus). В этом случае только один процессор может обращаться к памяти в каждый данный момент, что накладывает существенное ограничение на количество процессоров, поддерживаемых в таких системах. Чем больше процессоров, тем больше нагрузка на общую шину, тем дольше должен ждать каждый процессор, пока освободится шина, чтобы обратиться к памяти. Снижение общей производительности такой системы с ростом количества процессоров происходит очень быстро, поэтому обычно в таких системах количество процессоров не превышает 2-4. Примером SMP-машин с таким способом соединения процессоров являются любые многопроцессорные серверы начального уровня.
Второй способ соединения процессоров — через коммутируемое соединение (crossbar switch). При таком соединении вся общая память делится на банки памяти, каждый банк памяти имеет свою собственную шину, и процессоры соединены со всеми шинами, имея доступ по ним к любому из банков памяти. Такое соединение схемотехнически более сложное, но оно позволяет процессорам обращаться к общей памяти одновременно. Это позволяет увеличить количество процессоров в системе до 8-16 без заметного снижения общей производительности. Примером таких SMP-машин являются многопроцессорные рабочие станции RS/6000.
Преимущества и недостатки
SMP — самый простой и экономически выгодный способ масштабирования вычислительной системы: путём наращивания числа процессоров. Также просто и программирование: с помощью потоков и сопутствующих механизмов обмена данными между ними через общие переменные в памяти.
SMP часто применяется в науке, промышленности, бизнесе, где программное обеспечение специально разрабатывается для многопоточного выполнения. В то же время большинство потребительских продуктов, таких как текстовые редакторы и компьютерные игры, написаны так, что они не могут использовать сильные стороны SMP-систем. В случае игр это зачастую связано с тем, что оптимизация программы под SMP-системы приведёт к потере производительности при работе на однопроцессорных системах, которые еще недавно занимали большую часть рынка. (Современные многоядерные процессоры — лишь еще одна аппаратная реализация SMP.) В силу природы разных методов программирования для максимальной производительности потребуются отдельные проекты для поддержки одного процессора (одноядерного процессора) и SMP-систем. И все же программы, запущенные на SMP-системах, получают незначительный прирост производительности, даже если они были написаны для однопроцессорных систем. Это связано с тем, что аппаратные прерывания, обычно приостанавливающие выполнение программы для их обработки ядром, могут обрабатываться на свободном процессоре. Эффект в большинстве приложений проявляется не столько в приросте производительности, сколько в ощущении, что программа выполняется более плавно. В некоторых прикладных программах, в частности, программных компиляторах и некоторых проектах распределённых вычислений, повышение производительности будет почти прямо пропорционально числу дополнительных процессоров.
Выход из строя одного процессора приводит к некорректной работе всей системы и требует перезагрузки всей системы для отключения неисправного процессора.
Ограничение на количество процессоров
При увеличении числа процессоров заметно увеличивается требование к полосе пропускания шины памяти. Это налагает ограничение на количество процессоров в SMP архитектуре. Современные SMP-системы позволяют эффективно работать при 16 процессорах.
Проблема когерентности кэш-памяти
Каждый современный процессор оборудован многоуровневой кэш-памятью для более быстрой выборки данных и инструкций из основной памяти, которая работает медленнее, чем процессор. В многопроцессорной системе наличие кэш-памяти у процессоров снижает нагрузку на общую шину или на коммутируемое соединение, что весьма благоприятно сказывается на общей производительности системы. Но, так как каждый процессор оборудован своей индивидуальной кэш-памятью, возникает опасность, что в кэш-память одного процессора попадет значение переменной отличное от того, что хранится в основной памяти и в кэш-памяти другого процессора. Представим, что процессор изменяет значение переменной в своем кэше, а другой процессор запрашивает эту переменную из основной памяти. И он получит старое значение переменной. Или, например, подсистема ввода-вывода записывает в основную память новое значение переменной, а в кэш-памяти процессора по-прежнему остается старое. Разрешение этой проблемы возложено на протокол согласования кэшей (cache coherence protocol), который призван обеспечить согласованность («когерентность») кэшей всех процессоров и основной памяти без потери общей производительности.
Поддержка операционной системой
Поддержка SMP должна быть встроена в операционную систему, иначе дополнительные процессоры будут бездействовать, и система будет работать как однопроцессорная. Большинство современных операционных систем поддерживает симметричную мультипроцессорность, но в разной степени.
Поддержка многопроцессорности в ОС Linux была добавлена в версии ядра 2.0 и усовершенствована в версии 2.6. ОС Windows NT изначально создавалась с поддержкой многопроцессорности. Но вот Windows 9x не поддерживали SMP до выхода Windows XP, ставшей развитием Windows 2000, т.е. ветки Windows NT.
Альтернативы
SMP — лишь один вариант построения многопроцессорной машины. Другая концепция — NUMA, которая предоставляет процессорам отдельные банки памяти. Это позволяет процессорам работать с памятью параллельно, и это может значительно повысить пропускную способность памяти в случае когда данные привязаны к конкретному процессу (а, следовательно, и процессору). С другой стороны, NUMA повышает стоимость перемещения данных между процессорами, значит, и балансирование загрузки обходится дороже. Преимущества NUMA ограничены специфическим кругом задач, в основном серверами, где данные часто жестко привязаны к конкретным задачам или пользователям.
Другая концепция — асимметричное мультипроцессирование (ASMP), в котором отдельные специализированные процессоры используются для конкретных задач, и кластерная мультипроцессорность (Beowulf), в которой не вся память доступна всем процессорам. Такие подходы нечасто используются (хотя высокопроизводительные 3D-чипсеты в современных видеокартах могут рассматриваться как форма асимметричной мультипроцессорности), в то время как кластерные системы широко применяются при построении очень больших суперкомпьютеров.
Русские Блоги
Введение в архитектуру SMP, NUMA, MPP
С точки зрения архитектуры системы, текущие коммерческие серверы можно условно разделить на три категории: симметричная многопроцессорная структура (SMP: симметричный мультипроцессор), неоднородная структура доступа к памяти (NUMA: неоднородный доступ к памяти) и массивная параллельная Структура обработки (MPP: Massive Parallel Processing). Их характеристики описываются следующим образом:
1. SMP(Symmetric Multi-Processor)
SMP (Symmetric Multi Processing), в симметричной многопроцессорной системе имеется много тесно связанных многопроцессорных систем, в которых все процессоры совместно используют все ресурсы, такие как шины, память и системы ввода-вывода и т. Д., Операционную систему или базу данных управления. Существует только одна копия, и самой большой особенностью этой системы является совместное использование всех ресурсов. Нет разницы между несколькими процессорами, равным доступом к памяти, периферийным устройствам и операционной системе. Операционная система управляет очередью, и каждый процессор обрабатывает очередь по очереди. Если два процессора запрашивают доступ к ресурсу (например, с одним и тем же адресом памяти) одновременно, аппаратный и программный механизм блокировки решает проблему конфликта ресурсов. Доступ к ОЗУ сериализован, и из-за проблем с когерентностью кэша производительность немного отстает от числа дополнительных процессоров в системе. 
Так называемая симметричная многопроцессорная структура означает, что несколько процессоров на сервере работают симметрично, без первичных, вторичных или подчиненных отношений. Каждый ЦП разделяет одну и ту же физическую память, и время, необходимое каждому ЦП для доступа к любому адресу в памяти, одинаково, поэтому SMP также называют унифицированной структурой доступа к памяти (UMA: Uniform Memory Access). Способы расширения SMP-сервера включают в себя увеличение памяти, использование более быстрого ЦП, увеличение ЦП, расширение операций ввода-вывода (количество слотов и шин) и добавление дополнительных внешних устройств (обычно дискового хранилища).
2. NUMA(Non-Uniform Memory Access)
Из-за ограничений масштабируемости SMP люди начали искать способы эффективного расширения для создания крупномасштабных системных технологий. NUMA является одним из результатов таких усилий. Используя технологию NUMA, вы можете объединить десятки процессоров (или даже сотни процессоров) на сервере. Его структура модуля ЦП показана на рисунке 2: 
Рисунок 2. Структура модуля ЦПУ сервера NUMA
Основная функция сервера NUMA состоит в том, чтобы иметь несколько модулей ЦП, каждый модуль ЦП состоит из нескольких ЦП (например, 4) и имеет независимую локальную память, слоты ввода / вывода и т. Д. Поскольку его узлы могут подключаться и обмениваться информацией через взаимосвязанные модули (такие как коммутатор-перекладина), каждый ЦП может получить доступ к памяти всей системы (это важное различие между системами NUMA и MPP). Очевидно, что скорость доступа к локальной памяти будет намного выше, чем скорость доступа к удаленной памяти (памяти других узлов системы), что также является источником неравномерного доступа к памяти NUMA. Благодаря этой функции, чтобы лучше использовать производительность системы, необходимо минимизировать обмен информацией между различными модулями ЦП при разработке прикладных программ.
Используя технологию NUMA, он может решить проблему расширения исходной системы SMP и может поддерживать сотни процессоров на физическом сервере. Примеры более типичных серверов NUMA включают в себя HP Superdome, SUN15K, IBMp690 и т. Д.
Тем не менее, технология NUMA также имеет определенные недостатки: поскольку задержка доступа к удаленной памяти намного превышает задержку доступа к локальной памяти, при увеличении количества процессоров производительность системы не может линейно увеличиваться. Например, когда HP выпустила сервер Superdome, она объявила о своем значении относительной производительности для других серверов UNIX HP. Было обнаружено, что значение относительной производительности Superdome (структура NUMA) для 64-канального ЦП равно 20, а для 8-канального N4000 (общая структура SMP). ) Имеет относительное значение производительности 6,3. Из этого результата видно, что 8-кратное количество процессоров только в 3 раза повышает производительность.
3. MPP(Massive Parallel Processing)
В отличие от NUMA, MPP предоставляет еще один способ расширения системы: он соединен несколькими SMP-серверами через определенную сеть соединений узлов для совместной работы для выполнения одной и той же задачи. С точки зрения пользователя, это серверная система. Его основная особенность состоит в том, что он образован несколькими серверами SMP (каждый сервер SMP называется узлом), соединенными сетью межузловых соединений.Каждый узел имеет доступ только к своим собственным локальным ресурсам (память, хранилище и т. Д.), Что является своего рода полным отсутствием совместного использования (Share Nothing). ) Структура, поэтому емкость расширения является наилучшей, и ее расширение теоретически не ограничено. Современная технология может обеспечить 512 межсоединений узлов и тысячи процессоров. В настоящее время в отрасли не существует стандартов для сетей межузловых соединений, таких как Bynet от NCR и SPSwitch от IBM. Все они используют разные внутренние механизмы реализации. Тем не менее, узел Интернет используется только внутри сервера MPP и прозрачен для пользователей.
В системе MPP каждый узел SMP также может запускать свою собственную операционную систему, базу данных и т. Д. Но в отличие от NUMA, у него нет проблемы удаленного доступа к памяти. Другими словами, ЦП в каждом узле не может получить доступ к памяти другого узла. Обмен информацией между узлами осуществляется через соединительную сеть узлов. Этот процесс обычно называется перераспределением данных.
4.1 Сравнение между системой SMP и системой MPP
Из приведенных выше двух рисунков видно, что для SMP ключевым фактором, ограничивающим его скорость, является общая шина, поэтому для программ DSS вы можете выбирать только MPP, а не SMP, при обработке больших программ. Когда требование превышает общую шину, шина не сможет его обработать, и тогда система SMP не будет работать. Конечно, у этих двух структур есть свои преимущества и недостатки. Если вы можете объединить две структуры, чтобы восполнить слабые стороны друг друга, конечно, лучше всего. 
4.2 Разница между NUMA и MPP
С архитектурной точки зрения NUMA и MPP имеют много общего: они состоят из нескольких узлов, каждый узел имеет свой собственный ЦП, память, ввод / вывод, и информация может передаваться между узлами через механизм соединения узлов. Так в чем же разница? Анализируя внутреннюю архитектуру и принцип работы серверов NUMA и MPP ниже, нетрудно найти разницу.
Во-первых, механизм присоединения узлов отличается. Механизм присоединения узлов NUMA реализован на одном и том же физическом сервере. Когда ЦПУ требуется удаленный доступ к памяти, он должен ждать. Это также линейное расширение производительности, когда сервер NUMA не может достичь увеличения ЦП. Главная причина. Механизм соединения узлов MPP реализован через ввод-вывод вне различных SMP-серверов. Каждый узел осуществляет доступ только к локальной памяти и хранилищу. Обмен информацией между узлами и обработка самих узлов выполняются параллельно. Следовательно, MPP может в основном достигать линейного расширения при добавлении узлов.
Во-вторых, механизм доступа к памяти отличается. На сервере NUMA любой ЦП может получить доступ ко всей памяти системы, но производительность удаленного доступа намного ниже, чем доступа к локальной памяти, поэтому при разработке приложений следует избегать удаленного доступа к памяти. На сервере MPP каждый узел обращается только к локальной памяти, и нет проблем с удаленным доступом к памяти. 
Рисунок 3. Схема архитектуры сервера MPP
Выбор хранилища данных
Какой сервер больше подходит для среды хранилища данных? Это нужно начинать с характеристик нагрузки самой среды хранилища данных. Как все мы знаем, типичная среда хранилища данных имеет много сложной обработки данных и всестороннего анализа, для чего требуется, чтобы система имела высокую пропускную способность обработки ввода-вывода, а система хранения должна обеспечить достаточную пропускную способность ввода-вывода для ее соответствия. Типичная OLTP-система в основном основана на онлайн-обработке транзакций.Данных, участвующих в каждом обмене, немного, что требует от системы высокой производительности обработки транзакций и возможности обрабатывать как можно больше транзакций за единицу времени. Очевидно, что характеристики нагрузки этих двух сред приложений совершенно разные.
С точки зрения архитектуры NUMA, он может интегрировать множество процессоров в физический сервер, так что система имеет более высокую пропускную способность обработки транзакций. Поскольку задержка доступа к удаленной памяти намного больше, чем доступ к локальной памяти, необходимо минимизировать количество различных модулей ЦП. Взаимодействие данных. Очевидно, что архитектура NUMA больше подходит для среды обработки транзакций OLTP. При использовании в среде хранилища данных большой объем сложной обработки данных неизбежно приведет к большому объему взаимодействия с данными, что значительно снизит загрузку ЦП.
Условно говоря, возможности параллельной обработки в архитектуре сервера MPP более эффективны и больше подходят для сложных сред комплексного анализа и обработки данных. Конечно, ему нужна помощь системы реляционных баз данных, которая поддерживает технологию MPP, чтобы скрыть сложность балансировки нагрузки и планирования между узлами. Кроме того, эта возможность параллельной обработки также тесно связана с сетью межузловых соединений. Очевидно, что для сервера MPP, адаптированного к среде хранилища данных, производительность ввода-вывода его сети межузловых соединений должна быть очень заметной, чтобы полностью задействовать производительность всей системы.
4.3 Различия в производительности между NUMA, MPP и SMP
Механизм присоединения узлов NUMA реализован на том же физическом сервере. Когда ЦПУ требуется доступ к удаленной памяти, он должен ждать. Это также линейное увеличение производительности, когда сервер NUMA не может достичь увеличения ЦП.
Механизм соединения узлов MPP реализован через ввод / вывод вне различных SMP-серверов. Каждый узел осуществляет доступ только к локальной памяти и хранилищу. Обмен информацией между узлами и обработка самих узлов выполняются параллельно. Следовательно, MPP может в основном достигать линейного расширения при добавлении узлов.
Все ресурсы ЦП SMP являются общими, поэтому линейное расширение полностью достигается.
4.4 Разница между NUMA, MPP и SMP
Теоретически NUMA можно расширять до бесконечности, а современная технология может поддерживать сотни процессоров для расширения. Такие, как СУПЕРДОМ HP.
Теоретически, MPP также может достигать неограниченного расширения. В настоящее время зрелая технология может поддерживать 512 узлов и тысячи процессоров для расширения.
SMP имеет очень плохую масштабируемость. В настоящее время оптимальным является использование от 2 до 4 процессоров, но технология IBM BOOK позволяет расширить процессор до 8.
MPP состоит из нескольких SMP, и несколько серверов SMP подключаются через определенную сеть межузловых соединений для совместной работы для выполнения одной и той же задачи.
4.5 Различия между приложениями MPP и SMP, NUMA
Преимущества MPP:
Система MPP не разделяет ресурсы, поэтому для нее ресурсы больше, чем SMP. Когда обрабатываемые транзакции достигают определенного масштаба, MPP более эффективен, чем SMP. Поскольку системе MPP необходимо передавать информацию между различными блоками обработки, когда время связи короткое, система MPP может полностью использовать преимущества ресурсов и достичь высокой эффективности. То есть: операции не связаны друг с другом, и связь между процессорами относительно невелика, поэтому лучше использовать систему MPP. Таким образом, система MPP демонстрирует преимущества в поддержке принятия решений и интеллектуального анализа данных.
Преимущества SMP:
Система MPP должна передавать информацию между различными процессорами, поэтому ее эффективность немного хуже, чем у SMP. При наличии большого времени связи система MPP может в полной мере использовать преимущества ресурсов. Поэтому в используемой в настоящее время программе OTLP пользователи получают доступ к центральной базе данных.Если принята структура системы SMP, ее эффективность намного выше, чем у структуры MPP.
Преимущества архитектуры NUMA:
С точки зрения архитектуры NUMA, он может интегрировать множество процессоров в физический сервер, так что система имеет более высокую пропускную способность обработки транзакций.Так как задержка доступа к удаленной памяти намного больше, чем доступ к локальной памяти, необходимо минимизировать данные между различными модулями ЦП. Взаимодействие. Очевидно, что архитектура NUMA больше подходит для среды обработки транзакций OLTP. При использовании в среде хранилища данных большой объем сложной обработки данных неизбежно приведет к большому объему взаимодействия с данными, что значительно снизит загрузку ЦП.
Архитектура Unisys CMP
ОС выполняется на всех процессорах системы, и у нее имеются сходные потребности в доступе к совместно используемым данным и синхронизации обновлений данных. Разработчики ОС также несут ответственность за устранение узких мест. Кроме того, обычно ОС отвечает за отображение процессов приложения на несколько процессоров таким образом, чтобы добиться высокой производительности при удовлетворении системы приоритетов среды выполнения приложения.
Основным ограничивающим фактором в разработке аппаратной платформы, как правило, выступает быстродействие памяти.
Многопроцессорные архитектуры
Поскольку в традиционных системах время доступа ко всем модулям памяти в серверах было однородным или «симметричным», то такие системы относились как к классу UMA (Unified Memory Access, память с однородным доступом), так и к симметричным мультипроцессорным системам SMP (чаще всего в их названии использовался именно термин SMP). В NUMA-системе все процессоры могут «видеть» всю память, но доступ конкретного процессора к любой локальной памяти может осуществляться значительно (в 7-10 раз) быстрее, чем к локальной памяти другого процессора. С точки зрения ОС системы NUMA «симметричны», поскольку все процессоры имеют равные права, но с точки зрения аппаратных характеристик такие системы не являются SMP-системами.
NUMA уменьшает нагрузку на шину по сравнению с SMP, поскольку процессоры в узлах взаимодействуют друг с другом и со своей локальной оперативной памятью через отдельные шины. Кроме того, они могут обращаться к пулам памяти других узлов, хотя время доступа зависит от того, насколько эти узлы удалены друг от друга. Поэтому такую архитектуру часто называют архитектурой с распределенной разделяемой памятью. Если в SMP обычно можно задействовать не более восьми процессоров, то в NUMA речь может уже идти о сотнях процессоров.
 |
| Рис. 1. 12-процессорная система ccNUMA. |
Для повышения быстродействия желательно позволить части данных находиться во всех кэшах, где эти данные требуются. Для поддержания целостности данных один процесс в каждый конкретный момент должен иметь возможность обновлять только одну кэш-память, а у остальных процессов должна быть возможность обнаружить, что фрагмент кэшированных данных обновился и что их локальная версия устарела.
Этот механизм более сложен, чем семафоры и блокировки, используемые ПО для поддержания целостности совместно используемых данных. Для обеспечения целостности данных блокирующие инструкции ПО полагаются на информацию от аппаратного обеспечения. Механизмы, используемые для достижения высокой целостности данных и высокого быстродействия, в значительной степени зависят от архитектуры аппаратной платформы.
Теперь рассмотрим, как все это соотносится с кластеризацией, которая обычно применяется для увеличения мощности, или степени готовности системы, или и того и другого вместе. Заметим, что в этом случае ответственность за конкретное приложение или базу данных распространяется сразу на несколько систем, входящих в кластер. Каждая из таких систем имеет собственную память и копию ОС (рис. 2) и, как правило, называется узлом кластера. Узлы обычно представляют собой SMP-системы, хотя это необязательно.
 |
| Рис. 2. Кластерная система CMP. |
Узлы кластера не могут «видеть» память один у другого, но они могут взаимодействовать при помощи сообщений, обычно передаваемых по ЛВС. Если кластеризация используется для повышения надежности, активна только одна копия приложения, а один из узлов служит резервным на случай отказа активного узла. Если же кластеризация используется для увеличения пропускной способности, приложение запускается на всех узлах. В этом случае системам необходим специальный протокол синхронизации для разрешения конфликтов при обновлении базы данных. Дополнительные возможности восстановления обеспечиваются благодаря тому, что работоспособные узлы принимают на себя рабочую нагрузку отказавшего узла. Отметим, что узлы кластера могут быть как одно-, так и многопроцессорными системами, как SMP, так и NUMA.
Особенности СМР
Впервые корпорация Unisys (http://www.unisys.com) обнародовала свои планы по созданию 32-процессорного компьютера в 1997 г., а поддерживать и совершенствовать SMP-архитектуры на базе технологии Intel она начала еще в 1991 г. Совместно с рядом других компаний, прежде всего с SCO, она заранее адаптировала будущие версии ОС UnixWare для работы на 32-процессорных платформах. Новая концепция, заключающаяся в разделении процессоров на несколько вычислительных сред, работающих под управлением разных ОС, первоначально была рассчитана на ОС UNIX, позволявшую совместно использовать системные панели, шины, подсистемы ввода-вывода, источники питания и память. Первым 32-процессорным сервером Unisys, работающим с Microsoft Windows 2000 Datacenter Server, стала модель ES7000.
Термином СМР (Cellular MultiProcessing) обозначается перестраиваемая симметрично-многопроцессорная архитектура, которая позволяет комбинировать традиционную мультипроцессорную архитектуру SMP и кластерные технологии. В основе сервера ES7000 лежит коммутационная (crossbar) технология, ранее успешно примененная в подобной среде на больших ЭВМ.
Эта уникальная технология позволяет узлам передавать сообщения со скоростью памяти и устраняет латентность, присущую соединениям на основе ЛВС. Дальнейшие усовершенствования могут также обеспечить совместное использование узлами критичных данных, влияющих на общую производительность системы. И хотя эта технология замечательна сама по себе, кластер хорош лишь в той степени, в которой хороши составляющие его узлы, построенные на основе SMP-систем.
Три варианта построения SMP-платформы
Наиболее часто в качестве базы для построения SMP-систем используются три следующих системных решения: магистральная шина, масштабируемое когерентное соединение и коммутатор.
Шину, используемую для серверов на основе процессоров Intel, часто называют «излишне любопытной», поскольку каждый процессор может «наблюдать» за любым другим, отслеживая запросы к памяти. Именно так здесь реализуется когерентность кэш-памяти. Если процессор А обнаруживает, что другой процессор Б обращается к памяти по какому-то из принадлежащих ему адресов (т. е. у А имеется самая свежая копия данных), то А отвечает на запрос и выгружает данные из своей кэш-памяти. При необходимости записать данные по адресу процессор запрашивает права на использование ресурса и оставляет их за собой до тех пор, пока он снова не выгрузит «устаревшие» данные обратно в память или пока другой процессор не затребует эти права.
Известно, что в SMP-системе любой процесс может выполняться на любом процессоре, но повторный запуск отложенного ранее процесса на другом процессоре приводит к отрыву его от кэшированных данных. При этом «новый» процессор, включившийся в работу, должен будет работать со скоростью основной памяти до тех пор, пока процесс не наберет достаточно ссылок для перезагрузки данных в кэш-память данного процессора. Ответственность за смягчение остроты этой проблемы также ложится на ОС. Именно она должна следить за тем, какой процессор использовался данным процессом последним, и пытаться поддержать эту связь. Обеспечить выполнение этой процедуры и вместе с тем предотвратить простой процессора достаточно сложно.
Данный метод успешно проявил себя в случае 4-процессорных серверов, в результате чего многие фирмы-производители смогли воспользоваться преимуществами 4-процессорных системных плат корпорации Intel (http://www.intel.com). Однако определенные ограничения метода не позволяют использовать его в среде с большим числом обрабатываемых транзакций. Прежде всего речь идет о недостаточной масштабируемости. Четырехпроцессорная конфигурация оптимальна для этого подхода: добавление новых процессоров приводит к росту числа конфликтов на шине, а удлинение шины, в свою очередь, приводит к снижению ее быстродействия. И хотя на основе некоторых высокопроизводительных шин были построены хорошие 6-, 8- и 12-процессорные системы, эти шины быстро устарели из-за повышения быстродействия самих процессоров.
Масштабируемое когерентное межсоединение
Проблема доступа к памяти становится менее критичной благодаря добавлению кэш-памяти третьего уровня для каждой 4-процессорной платы. В этой буферной памяти реализуется алгоритм сквозной записи во всю остальную память. Если приложения могут быть в значительной степени локализованы в пределах одной 4-процессорной платы, то этот тип кэш-памяти работает очень эффективно. Однако в этом случае поддержание когерентности кэш-памяти при записи данных существенно усложняется по сравнению с традиционной шинной системой.
Процессор должен получить права на монопольное использование от локальной или удаленной кэш-памяти или ОЗУ, а процесс записи не может быть полностью завершен до тех пор, пока все копии старого контента не будут объявлены недействительными. Поскольку соединение SCI является последовательным, запросы и отклики последовательно передаются от одной 4-процессорной платы к другой.
Неблокируемый коммутатор
Пытаясь учесть потребности рынка систем, предназначенных для обработки больших объемов транзакций, инженеры из Unisys обратились за решением к мэйнфреймам корпорации. В этих системах реализованы прямые связи между процессорами и модулями памяти и использован однородный доступ к памяти (UMA). Они изначально проектируются под конкретную максимальную конфигурацию; в данном случае это означает разработку инфраструктуры для 32-процессорной системы.
 | Рис. 3. Базовая архитектура CMP. |
Вся кэш-память третьего уровня (TLC) взаимодействует со всей системной памятью при помощи неблокирующегося коммутатора (non-blocking crossbar). Такие соединения свободны от ограничений пропускной способности и готовности, свойственных шинам. Буферы TLC связаны по выделенным направлениям с каждым из модулей памяти.
Первые версии CMP-серверов использовали 32-разрядный процессор Pentium III Xeon, но разработчики Unisys предусмотрели возможность сосуществования процессоров с архитектурой IA-32 и IA-64. Таким образом, СМР-серверы допускают простую модернизацию.
Подсистема ввода-вывода в СМР основывается на стандартных шинах PCI. Однако для повышения эффективности путем использования режима DMA три шины PCI, входящие в состав процессорного элемента, связаны с коммутатором через специальный мост ввода-вывода DIB (Direct I/O Bridge). Каждая PCI-шина имеет по 4 PCI-слота, что дает всего 12 слотов на элемент. Общее количество слотов PCI на сервер составляет 96.
Процессорный элемент представляет собой почти готовую SMP-систему, использующую матричный коммутатор вместо системной шины. СМР-сервер может включать до 4 коммутаторов и до 8 процессорных элементов.
Разработчики заложили в CMP возможности, обеспечивающие статическое и динамическое парционирование (разбиение), приводящее к преобразованию всей системы в кластер, в свою очередь построенный из SMP-серверов с числом процессоров, кратным четырем. Выделение разделов в СМР предполагает возможность работы в каждом из них своей ОС. В CMP-серверах, к примеру, могут работать Windows NT, Windows 2000 или SCO UnixWare.
 |
| Рис. 4. 32-процессорная SMP-система. |
Мнение IDC
На сегодняшний день существует ряд приложений и средств для машин Unisys ES7000, в частности пакеты Microsoft Exchange, SAP Solutions, Peoplesoft, Siebel Solutions, Oracle, Citrix Server, BMC Patrol, SQL Server, NetIQ AppManager, Computer Associates Unicenter, Veritas.
Другие статьи из раздела
Chloride
Демонстрация Chloride Trinergy
Впервые в России компания Chloride Rus провела демонстрацию системы бесперебойного электропитания Chloride Trinergy®, а также ИБП Chloride 80-NET™, NXC и NX для своих партнеров и заказчиков.
NEC Нева Коммуникационные Системы
Завершена реорганизация двух дочерних предприятий NEC Corporation в России
С 1 декабря 2010 года Генеральным директором ЗАО «NEC Нева Коммуникационные Системы» назначен Раймонд Армес, занимавший ранее пост Президента Shyam …
компания «Гротек»
С 17 по 19 ноября 2010 в Москве, в КВЦ «Сокольники», состоялась VII Международная выставка InfoSecurity Russia. StorageExpo. Documation’2010.
Новейшие решения защиты информации, хранения данных и документооборота и защиты персональных данных представили 104 организации. 4 019 руководителей …
МФУ Panasonic DP-MB545RU с возможностью печати в формате А3
Хотите повысить эффективность работы в офисе? Вам поможет новое МФУ #Panasonic DP-MB545RU. Устройство осуществляет
Adaptec by PMC
RAID-контроллеры Adaptec Series 5Z с безбатарейной защитой кэша
Опытные сетевые администраторы знают, что задействование в работе кэш-памяти RAID-контроллера дает серьезные преимущества в производительности …
Chloride
Трехфазный ИБП Chloride от 200 до 1200 кВт: Trinergy
Trinergy — новое решение на рынке ИБП, впервые с динамическим режимом работы, масштабируемостью до 9.6 МВт и КПД до 99%. Уникальное сочетание …