Мультипроцессорные ОС

1) Принцип – каждому ЦП - своя ОС

a) Статическое распределение ОЗУ между процессорами

b) Каждый процессор имеет свою копию ОС
Эффект: n ЦП работают как n независимых ВС

Плюсы:

(1) Простота организации

(2) Возможность статического совместного
использования ввода-вывода и ОЗУ

(3) Возможность взаимодействия разных процессов через разделяемую память

Минусы:

(4) Дублирование многих управляющих структур

(5) Нет совместного использования ЦП. Один ЦП перегружен, второй в простое.

(6) Нет совместного использования страниц ОЗУ à один процессор имеет память, а второй нет

(7) При использовании разделяемых ВнУ невозможно обеспечить когерентность дисков, т. е. их кэш ведется независимо каждым ЦП.

2) Многопроцессорные ОС – модуль Хозяин-подчиненный(Главный ЦП)

a) Выполняется одна копия ОС на главном процессоре(хозяин)

b) Все остальные выполняют приложения

c) Главный ЦП выполняет приложения при отсутствии необходимости выполнения ОС

i) Плюсы: здесь устраняются недостатки первого принципа.

ii) Минусы:

(1) При большом количестве ЦП хозяин может стать узким местом

(2) Такая модель работоспособна при небольшом количестве процессоров

3) Модель: Симметричная МОС

a) Имеется одна копия ОС

b) ОС может выполняться на любом процессоре

i) Плюсы:

(1) Динамический баланс загрузки процессоров

(2) Эффективное использование ОЗУ

ii) Минусы:

(1) Необходимость синхронизации доступа различных процессоров к управляющим структурам

(a) Простое решение: Вся ОС- критический участок

(b) Эффективное решение: разбить ОС на независимые части и необходима синхронизация только к частям

(2) Сложность ОС из-за пункта (b)

ПЛАНИРОВАНИЕ ВРЕМЕНИ МУЛЬТИПРОЦЕССОРА

Факторы усложнения планирования

1) Двухмерность (по времени, по ЦП)

2) Взаимная зависимость процессов
группы процессов:

a) Процессы независимы

b) Процессы зависимы

Планирование для независимых процессов:

1) Список готовых процессов

2) Много списков процессов, упорядоченных по приоритету

a. Плюсы: автоматическая балансировка нагрузки готовых процессов

b. Минусы:

i. Высокая конкуренция за доступ к спискам задач

ii. Высокий объем накладных расходов на переключение процессов из различных состояний(из выполняющегося в готовый, из блокированного в готовый)

iii. Вставка промахов в кэш данных и команд в кэш TLB (отображение логичечких адресов в физические адреса) ведет к росту объема перемещений страниц, сегментов à снижение скорости доступа к адр. объектам. Причина – запуск задач на выполнение без памяти и предыстории траектории процессов.

3) Родственное планирование времени мультипроцессов – снимает недостаток iii-минуса
Идея – запускать процесс на том ЦП, на котором процесс уже выполнялся в предыдущих квантах.
Реализация двухуровневая:

a. LVL1: В момент создания процесса он закрепляется за определенным процессором à каждый ЦП имеет свой набор процессов

b. LVL2: планирование времени жизни процесса – процесс выполняется на закрепленном процессоре. При отсутствии работы у какого-либо ЦП происходит перераспределение задач.

i. Плюсы:

1. равномерное распределение нагрузки

2. используется родственность кэшей ЦП

3. минимизируется конкуренция за доступ к спискам(во всяком случае, готовых)

ПЛАНИРОВАНИЕ СВЯЗАННЫХ ПРОЦЕССОВ
à группа процессов одной задачи

• разделение пр-ва ЦП à пакетная обработка
• совместное использование пр-ва ЦП à аналог квантов времени

1) Планирование пакетами потоков в пр-ве ЦП – каждому потоку назначается свой ЦП и удерживается до конца работы пакета. При блокировках процессор удерживается за заблокированным процессом до завершения всего пакета

i) Плюсы: управление степенью параллелизма

ii) Минусы: потери времени ЦП при блокировании потока

2) Бригадное планирование – в пр-ве ЦП и во времени.

a) Группы связанных потоков планируются как единое целое – бригада

b) Все потоки бригады запускаются одновременно(каждый на своем ЦП) с квантованием времени

c) Все члены бригады начинают и завершают кванты одновременно.
В начале каждого кванта происходит перепланирование бригад.

При блокировании потока бригады этот поток удерживает за собой ЦП(В середине кванта нет преепланирования) ß SMP – общая память(сильная связь)