otvety_na_voprosy / 12.Мультикомпьютеры
.docxМультикомпьютеры
Во втором варианте параллельной архитектуры каждый процессор имеет собственную память, доступную только этому процессору. Такая схема называется мультикомпьютером, или системой с распределенной памятью (рис. 8.16, а). Ключевое отличие мультикомпьютера от мультипроцессора состоит в том, что каждый процессор в мультикомпьютере имеет собственную локальную память, к которой этот процессор может обращаться, выполняя команды LOAD и STORE, но никакой другой процессор с помощью этих команд не может получить доступ к локальной памяти данного процессора. Таким образом, мультипроцессоры имеют одно физическое адресное пространство, разделяемое всеми процессорами, а мультикомпьютеры содержат отдельные физические адресные пространства для каждого процессора.
Поскольку процессоры в мультикомпьютере не могут взаимодействовать друг с другом простыми обращениями к общей памяти, процессоры обмениваются сообщениями через связывающую их коммуникационную сеть. В качестве примеров мультикомпьютеров можно назвать IBM BlueGene/L, Red Storm и кластер Google.
При отсутствии общей памяти, реализованной аппаратно, предполагается определенная программная структура. В мультикомпьютере невозможно иметь единое для всех процессоров виртуальное адресное пространство, позволяющее считывать и записывать информацию командами LOAD и STORE. Например, если процессор в верхнем левом углу рис. 8.15, б (присвоим этому процессору номер 0) обнаружит, что часть его объекта попадает в другую секцию, относящуюся к следующему процессору (пусть это будет процессор 1), он может просто продолжать считывать информацию из памяти, чтобы получить изображение хвоста самолета. Однако если то же самое обнаружит процессор 0 на рис. 8.16, б,
он не сможет просто считать информацию из памяти процессора 1. В данном случае алгоритм получения данных должен быть другим.
Рис. 8.16. Мультикомпьютер из 16 процессоров, каждый из которых имеет собственную память (а); битовая карта изображения с рис. 8.15, разделенная между 16 модулями памяти (б)
Сначала процессору 0 нужно как-то выяснить, какой процессор содержит необходимые ему данные, и послать этому процессору сообщение с запросом копии данных. Затем процессор 0 блокируется до получения ответа. Когда процессор 1 получает сообщение, оно программно анализируется, после чего затребованные данные передаются обратно. Когда процессор 0 получает ответное сообщение, блокировка программно снимается, и процессор продолжает работу.
В мультикомпьютере для взаимодействия между процессорами часто используются примитивы send и receive. Поэтому программное обеспечение мультикомпьютера имеет более сложную структуру, чем программное обеспечение мультипроцессора. При этом основной проблемой становится правильное распределение данных и разумное их размещение. Это еще одно отличие мультикомпьютера от мультипроцессора, где размещение данных не влияет на правильность решения задачи, хотя может повлиять на производительность. Короче говоря, мультикомпьютер программировать гораздо сложнее, чем мультипроцессор.
Возникает вопрос: зачем вообще создавать мультикомпьютеры, если мультипроцессоры гораздо проще программировать? Ответ прост: создать большой мультикомпьютер проще и дешевле, чем мультипроцессор с таким же количеством процессоров. Реализация общей памяти, совместно используемой несколькими сотнями процессоров, - это весьма сложная задача, а разработать мультикомпьютер, содержащий 10 ООО процессоров и более, довольно легко. Далее в этой главе мы рассмотрим мультикомпьютер с более чем 50 ООО процессорами.