7. Smp архитектура. Достоинства, недостатки. Проблема масштабируемости. Области применения. Примеры.

SMP (Symmetric Multiprocessing) – симметричная многопроцессорная система. Главная особенность систем SMP –наличие общей физической памяти, разделяемой всеми процессорами. SMP – система строится на основе высокоскоростной системной шины, к слотам которой подключаются функциональные блоки трех типов: Процессоры, ОП, подсистема ввода/вывода. Память является способом передачи сообщений между процессорами.Все вычислительные устройства при обращении к ОП имеют равные права и одну и ту же адресацию для всех ячеек памяти. (эффективный обмен данными с другими вычислительными устройствами). SMP система работает под управлением единой ОС. ОС автоматически распределяет процессы по процессорам, но возможна и явная привязка. SMP архитектура используется в серверах и рабочих станциях на базе процессоров Intel, Sun, IBM, HP.

Рис. Общая схема SMP-архитектуры

SMP система состоит из нескольких однородных процессоров и массива общей памяти. Каждая операция доступа к памяти интерпретируется как транзакция по шине процессоры-память. Слово «равноправный» означает, что каждый процессор может делать все, что любой другой. Каждый процессор может выполнять любую другую операцию ввода/вывода, прерывать другие процессоры и т.д. B SMP каждый процессор имеет по крайней мере одну собственную кэш-память (а возможно и несколько). Возникла задача обеспечения когерентности КЭШа. Когерентность кэшэй поддерживается аппаратными средствами.

Рис. Типовая архитектура мультипроцессорной системы с общей памятью.

Проблема когерентности КЭШа:

Каждый процессор имеет собственную кэш-память. Наличие КЭШа необходимо для достижения хорошей производительностиЮ поскольку основная память DRAM работает слишком медленно по сравнению со скоростью процессоров. Кэш работает со скоростью процессора, но эта аппаратура дорогая.

Достоинства технологии однорангового доступа SMP:

1. Простота организации вычислительного процесса, т.к. все процессоры обращаются к единой памяти по одному алгоритму.

2. Эффективность организации программного кода задачи, которая обеспечивается системным программным обеспечением, так как в процессе генерации кода нет необходимости учитывать разнообразие размещения данных в ОП.

3. Проверенное большим сроком эксплуатации программно-аппаратного решение, реализованное основными производителями вычислительных систем.

Недостатки:

1. Единый путь доступа к ОП, который становится узким местом, при увеличение числа процессоров в системе, т.е. достигается такой предельный трафик, при котором увеличение числа процессоров приводит к нелинейному росту производительности системы, либо, как предельный случай, к её снижению по причине конфликтных ситуаций возникающих на пути доступа к ОП. Попытка технологически решить эту проблему лишь отодвигает граничный трафик. Так архитектура с синхронной шиной доступа позволяла линейно увеличивать производительность системы в пределах до 8-ми процессоров. Пакетная организация системной шины, уменьшая количество взаимных блокировок, позволяет довести количество процессоров в системе до 16-ти. Технология crossbar, т.е. когда элементы вычислительной системы коммутируются напрямую друг с другом по протоколу точка-точка, позволила довести количество процессоров до 72-х. Однако, с увеличением количества коммутируемых элементов системы происходит резкий рост сложности crossbar  рост цены устройства.

2. Увеличение количества процессоров усложняет логическую часть ВС, которая отвечает за работу с кэшем, в частности за когерентность, что также влияет на производительность и цену системы.

Примеры компьютеров с SMP архитектурой: HP 9000 (до 32 процессоров), Sun HPC 100000 (до 64 проц.), Compaq AlphaServer (до 32 проц.)