Мультипроцессорные ОС

Для многопроцессорных ВС с UMA-моделью (SMP, CC-NUMA, CMP).

Центральная проблема – взаимодействие.

3 типа МОС:

1. Каждому ЦП – своя ОС

a. Статически разделяется память по числу ЦП.

b. Каждый ЦП имеет свою копию ОС.

Эффект – ЦП работает, как независимых ВС.

Плюсы:

· Простота.

· Возможность статического (заранее запланированного) совместного использования ОЗУ, ВнУ.

· Возможность взаимодействия процессов через разделяемую память.

Минусы:

· Системные вызовы в каждом ЦП обрабатываются самостоятельно – дублирование управляющий структур.

· Невозможность совместного использования процессоров – простаивание ЦП.

· Невозможность совместного использования ОЗУ – неоптимальное распределение памяти.

· При использовании дискового КЭШа разделяемых ВнУ, невозможно обеспечить когерентность.

2. МОС – хозяин-подчиненный

a. Одна копия ОС выполняется на «ведущем» ЦП.

b. Остальные процессоры выполняют прикладные процессы.

c. Ведущий процессор при отсутствии системной работы может выполнять приложения.

Плюсы:

· Используются единые управляющие структуры.

· Решаются проблемы 1-4 предыдущей схемы.

Минусы:

· При большом количестве ЦП/решении задач с высокой интенсивностью вызовов системных функций ведущий ЦП становится узким местом.

3. Симметричный МОС – SMP

Устраняет перекос второй модели.

a. Имеется одна копия ОС

b. ОС может выполняться любым процессором.

Плюсы:

· Обеспечивается динамический баланс загрузки всех ЦП.

· Эффективное использование ОЗУ.

Минусы:

· Необходимость синхронного доступа к структурам ОС.

Решения:

a. ОС – критический участок – слишком неэффективно.

b. Эффективное решение – разделение ОС на независимые части.

Чем больше частей – тем выше параллелизм.

Очень сложное решение.

…

Средства взаимодействия в многомашинных ВС:

1. Обмен сообщениями

Send

a. Блокирующая операция S

b. Неблокирующая операция S с копированием сообщения в память системы

c. Неблокирующая операция S с прерываниями (минус – усложнение программирования)

Receive

a. Блокирующая операция R

b. Неблокирующая операция R с прерываниями

c. Неблокирующая операция R с почтовым ящиком и опросом оного

d. Неблокирующая операция R с активными сообщениями (порождает поток для обработки)

2. Удаленный вызов процедур – концептуально элегантный

Вызов удаленной процедуры максимально похож на вызов локальной процедуры.

Ограничения реализации:

a. Нельзя передавать указатели

b. Невозможно использование глобальных переменных

c. Необходимо жесткое описание типов и форматов данных (метаописание)

3. Распределенная память совместного доступа

Основана на технике загрузки/выгрузки.

<картинка>

При реализации когерентности распределенной памяти возникает проблема ложного совместного использования: для снижения накладных расходов объекты, которыми обмениваются узлы, необходимо делать достаточно крупными => поддерживать целостность необходимо даже тогда, когда узлы изменяют разные мелкие единицы в пределах одного крупного объекта.

Взаимодействие в распределенных вычислительных системах (построенные в публичных сетях):

<облако>

Компьютеры соединены через сеть. Связь называется слабой.

Переход от процессорно-центрической модели вычисления к сетецентрической модели ВС.

Подходы к реализации распределенных приложений:

1. Программное обеспечение, основанное на документе. Распределенная система – большая коллекция документов. Пример – веб-приложения.

2. ПО, основанное на совместно-используемых объектах. COM, DCOM, CORBA.

3. ПО, основанное на координации. Реализует модель публикация-подписка.

4. ПО, основанное на файловой системе. Большая распределенная файловая система.

2 модели:

a. Модель закачивания-скачивания. #ftp

b. Модель удаленного доступа – скачивания файла по частям.

Проблемы реализации приложений:

a. Проблема выбора модели при проектировании

b. Проблема иерархии каталогов

c. Проблема совместного использования файлов

Различают 3 подхода к именованию файлов:

a. Имя файла – сервер + файл

b. Монтирование удаленной ФС

c. Единое пространство имен

Первые 2 – для объединения унаследованных приложений.

3 – для сетевых приложений общего назначения.

1. Операционные системы (1)

2. Система жесткого реального времени, мягкого реального времени (2-3)

3. Аппаратура, основные функции, эксплуатационные требования (3-4)

4. Супервизор (5-6)

5. Процессы (6-8)

6. Алгоритм Деккера (для синхронизации двух процессов). Метод проверить и установить (8-10)

7. Механизмы с пассивным ожиданием входа в КУ (10-11)

8. Задача поставщик - потребитель (11-13)

9. Мониторы (13-16)

10. Тупики, стратегия Хавендера, Алгоритм Банкира, обнаружение и восстановление (16-18)

11. Распределение времени процессора (18-20)

12. Управление памятью (20-22)

13. Стратегии управления памятью, страничная организация, соч. сегментной и страничной, виртуальная память (22-24)

14. Стратегии распр. Памяти для сегментов переменной длины (25-27)

15. Управление внешней памятью (27-28)

16. Стратегии оптимизации поиска цилиндра (28-29)

17. Конфигурирование ВС (30-32)

18. Принципы оценки производительности систем (33)

19. Методы оценки (34-36)

20. Тесты (36-38)

21. Защита объектов ОС (38-39)

22. Описание статуса защиты (39-41)

23. Схема реализации защиты (41-42)

24. Многопроцессорные ВС (42-47)

25. Средства виртуализации ВС(47-48)

26. Мультипроцессорные ОС (48-49)

27. Средства взаимодействия в многомашинных ВС (50)

28. Взаимодействия в распределенных ВС (51)