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多處理機系統

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廣義上說,使用多台計算機協同工作來完成所要求的任務的計算機系統都是多處理機系統。傳統的狹義多處理機系統是指利用系統內的多個CPU并行執行用戶多個程序,以提高系統的吞吐量或用來進行冗餘操作以提高系統的可靠性。

  多處理機系統

  多個處理機(器)在物理位置上處於同一機殼中,有一個單一的系統物理地址空間和每一個處理機均可訪問系統內的所有存儲器是它的特點。

  多處理機操作系統,目前有三種類型

  1 主從式(master-slave)主從式操作系統由一台主處理機記錄、控制其它從處理機的狀態 ,並分配任務給從處理機。例如,Cyber-170就是主從式多處理機操作系統,它駐留在一個外圍處理機Po上運行,其餘所有處理機包括中心處理機都從屬於Po。另一個例子是DEC System 10,有兩台處理機,一台為主,另一台為從。操作系統在主處理機上運行,從處理機的請求通過陷入傳送給主處理機,然後主處理機回答並執行相應的服務操作。主從式操作系統的監控程序及其提供服務的過程不必遷移,因為只有主處理機利用它們。當不可恢復錯誤發生時,系統很容易導致崩潰,此時必須重新啟動主處理機。由於主處理機的責任重大,當它來不及處理進程請求時,其它從屬處理機的利用率就會隨之降低。主從式的特點:主從式操作系統有如下特點: A.操作系統程序在一台處理機上運行。如果從處理機需要主處理機提供服務,則向主處理機發出請求,主處理機接受請求並提供服務。不一定要求把整個管理程序都編寫成可重入的程序代碼,因為只有一個處理機在使用它,但有些公用常式必須是可重入的才行。 B.由於只有一個處理機訪問執行表,所以不存在管理表格存取衝突和訪問阻塞問題。 C.當主處理機故障時很容易引起整個系統的崩潰。如果主處理機不是固定設計的,管理員可從其他處理機中選一個作為新主處理機並重新啟動系統。 D.任務分配不但容易使部分從處理機閑置而導致系統效率下降。 E.用於工作負載不是太重或由功能相差很大的處理機組成的非對稱系統。 F.系統由一個主處理機加上若干從處理機組成,硬體和軟體結構相對簡單,但靈活行差。

  2、獨立監督式(separate supervisor)獨立監督式與主從式不同,在這種類型中,每一個處理機均有各自的管理程序(核心)。採用獨立監督式操作系統的多處理機系統有IBM 370/158等。獨立監督式的特點: A.每個處理機將按自身的需要及分配給它的任務的需要來執行各種管理功能,這就是所謂的獨立性。 B.由於有好幾個處理機在執行管理程序,因此管理程序的代碼必須是可重入的,或者為每個處理機裝入專用的管理程序副本。 C.因為每個處理機都有其專用的管理程序,故訪問公用表格的衝突較少,阻塞情況自然也就較少,系統的效率就高。但衝突仲裁機構仍然是需要的。 D.每個處理相對獨立,因此一台處理機出現故障不會引起整個系統崩潰。但是,要想補救故障造成的損害或重新執行故障機未完成的工作非常困難。 E.每個處理機都有專用的I/O設備和文件等。 F.這類操作系統適合於松耦合多處理機體系,因為每個處理機均有一個局部存儲器用來存放管理程序副本,存儲冗餘太多,利用率不高。 G.獨立監督式操作系統要實現處理機負載平衡更困難。

  3、浮動監督式(floating supervisor)每次只有一台處理機作為執行全面管理功能的「主處理機」,但根據需要,「主處理機」是可浮動的,即從一台切換到另一台處理機。這是最複雜、最有效、最靈活的一種多處理機操作系統,常用於對稱多處理機系統(即系統中所有處理機的許可權是相同的,有公用主存和I/O子系統)。浮動監督式操作系統適用於緊耦合多處理機體系。採用這種操作系統的多處理機系統有IBM 3081上運行的MVS,VM以及C·mmp上運行的Hydra,等等。浮動監督式的特點: A.每次只有一台處理機作為執行全面管理功能的「主處理機」,但容許數台處理機同時執行同一個管理服務子程序。因此,多數管理程序代碼必須是可重入的。 B.根據需要,「主處理機」是可浮動的,即從一台切換到另一台處理機。這樣,即使執行管理功能的主處理機故障,系統也能照樣運行下去。 C.一些非專門的操作(如I/O中斷)可送給那些在特定時段內最不忙的處理機去執行,使系統的負載達到較好的平衡。 D.服務請求衝突可通過優先權辦法解決,對共享資源的訪問衝突用互斥方法解決。 E.系統內的處理機採用處理機集合概念進行管理,其中每一台處理機都可用於控制任一台I/O設備和訪問任一存儲塊。這種管理方式對處理機是透明的,並且有很高的可靠性和相當大的靈活行。
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