Вычислительная архитектура, известная как симметричная многопроцессорная обработка (SMP), предполагает подключение двух или более процессоров к одному экземпляру памяти и операционной системы (ОС). SMP использует несколько процессоров для выполнения задачи. Это делается с помощью операционной системы хоста, которая занимается распределением, выполнением и управлением процессоров. В этой статье объясняется все, что вам нужно знать о симметричной многопроцессорной обработке. Мы также объяснили различия между асимметричной и симметричной многопроцессорностью, чтобы не путать их.
Давайте копаться в!
Что такое многопроцессорность?
Вам необходимо хорошо понимать концепции обработки и процессора, чтобы полностью оценить их. ЦП нашего компьютера (центральный процессор) — это мозг, отвечающий за всю работу, он принимает сигналы от множества устройств ввода и вывода компьютера и преобразует их в действие. Центральный процессор (ЦП) является ярким примером одного процессора.
Мультипроцессорная обработка означает использование более одного центрального процессора (ЦП) в одном устройстве. Существует два различных типа мультипроцессоров, различающихся задачами, которые они выполняют.
- асимметричный
- симметричный
Что такое симметричная многопроцессорная обработка?
Когда множество процессоров обращаются к одной и той же памяти и ОС, они называются SMP (симметричная многопроцессорная обработка). Процессоры в симметричной многопроцессорной системе используют один и тот же путь данных или шину ввода-вывода. Все компьютеры управляются одной установкой ОС. Когда множество пользователей обращаются к одной и той же базе данных за небольшое количество транзакций, системы SMP превосходят системы массово-параллельной обработки (MPP) с точки зрения производительности и эффективности. Системы SMP, в отличие от систем MPP, могут динамически распределять работу между компьютерами для обработки большего количества запросов за меньшее время.
SMP — это тип многопроцессорной компьютерной архитектуры, в которой используется группа совершенно одинаковых процессоров. Каждый ЦП имеет полный доступ к общей основной памяти системы и всем портам ввода-вывода. В настоящее время компьютеры SMP поддерживаются большинством операционных систем. Раньше для эффективного использования SMP пользователям требовались специальные знания программирования.
Особенности симметричной многопроцессорной обработки (SMP)
- Тесно связанная многопроцессорная обработка — это другое название симметричной многопроцессорной обработки, при которой все процессоры связаны на уровне шины и могут иметь доступ к одной и той же памяти.
- Симметричная многопроцессорная обработка предполагает наличие у каждого параллельного процессора собственной кэш-памяти, что позволяет снизить нагрузку на системную шину и ускорить доступ к данным.
- Один процессор в симметричной многопроцессорной системе может выполнять код любой программы, независимо от того, где в памяти хранятся соответствующие данные. Единственное предостережение: процесс не может запускаться на многих процессорах одновременно.
- Поскольку операционная система может легко управлять до 16 процессорами в симметричной многопроцессорной системе, обычно это верхний предел.
Использование симметричной многопроцессорной обработки
Ниже приведены примеры использования симметричной многопроцессорной обработки:
- Системы с разделением времени, в которых множество процессов работают параллельно, значительно выигрывают от симметричной многопроцессорной обработки. Следовательно, для планирования этих операций на параллельных процессорах можно использовать симметричную многопроцессорную обработку.
- Без многопоточного программирования симметричная обработка на домашних компьютерах не очень полезна. Параллельные процессоры можно использовать для планирования нескольких потоков.
- Многопоточные системы, которые совместно используют вычислительные ресурсы с другими пользователями, также могут извлечь выгоду из симметричного многопрограммирования.
Как используется симметричная многопроцессорность?
Системные архитектуры, основанные на симметричной многопроцессорной обработке, обычно развертываются в центрах обработки данных с высоким спросом. В таких конфигурациях выполнение действий и процессов приложений требует большой вычислительной мощности. Простые многопроцессорные архитектуры (SMP) широко используются в современных многоядерных компьютерах.
Системы с несколькими потоками могут получить максимальную выгоду от SMP. Термин «разделение времени» относится к практике распределения времени одного компьютера нескольким пользователям одновременно. Многопоточность современных центральных процессоров (ЦП) позволяет выполнять несколько потоков в рамках одного процесса ЦП. Точнее, многопоточность позволяет одновременно выполнять несколько потоков инструкций, используя один и тот же процессор.
Поскольку SMP позволяет распределять вычислительные ресурсы между несколькими пользователями и параллельно выполнять несколько процессов, SMP используется для разделения времени. SMP облегчает это, позволяя одновременно выполнять несколько задач на отдельных процессорах. По той же причине, по которой SMP используется в многопоточности (для распределения различных потоков между несколькими процессорами), он также используется в многопоточности.
Однако SMP редко используется на ПК или в программном обеспечении, которое не было обновлено для поддержки многопоточного программирования. Чтобы планировать потоки на отдельных параллельных процессорах, приложения и программы должны быть написаны с учетом многопоточности.
Читайте также: КАК ПРОВЕРИТЬ ТЕМПЕРАТУРУ ЦП WINDOWS 10: EASY Guide (2023)
Каковы преимущества и недостатки SMP?
Некоторые преимущества использования симметричной многопроцессорной обработки заключаются в следующем:
- Более высокие уровни пропускной способности: Время выполнения задач можно сократить за счет использования кластера процессоров.
- Надежность: Отказ одного процессора не приводит к выходу из строя всей системы. Однако производительность все равно может пострадать.
- Экономически эффективным: Поскольку процессоры в системе SMP совместно используют хранилище данных, источник питания и другие ресурсы, это более экономичное долгосрочное решение для повышения пропускной способности системы, чем система с одним процессором.
- Производительность: Компьютерная система SMP значительно превосходит однопроцессорную систему из-за более высокой пропускной способности, возможной при использовании нескольких процессоров.
- Создание и запуск компьютерных программ: Поскольку производительность программы примерно одинакова независимо от того, на каком процессоре она выполняется, создание и запуск кода в системе SMP не составляет труда.
- Несколько процессоров: В систему можно добавить больше процессоров, если выполнение определенной задачи занимает слишком много времени.
Недостатки SMP, о которых вам следует знать
- Расход памяти: Основная память должна быть достаточно большой, чтобы вместить все процессоры в системе SMP, поскольку все они используют одни и те же данные.
- Совместимость: Для правильной работы архитектуры операционные системы, программное обеспечение и приложения должны быть совместимыми с SMP.
- Сложная ОС: В системе с несколькими процессорами операционная система управляет ими всеми. Поскольку ОС должна управлять всеми доступными процессорами при работе на ресурсоемких компьютерных настройках, ее проектирование и управление могут быть затруднены.
Асимметричная и симметричная многопроцессорность
Центральный процессор является важным компонентом любого компьютера. Он может обрабатывать операции ввода-вывода, а также математические и логические вычисления. Он также генерирует сигналы, которые используются для координации действий других компонентов. Двумя формами многопроцессорной обработки являются асимметричная и симметричная многопроцессорная обработка. Когда доступно более одного процессора, мы говорим, что система является «многопроцессорной». При симметричной многопроцессорной обработке память каждого процессора распределяется поровну. Один главный процессор в асимметричной многопроцессорной системе управляет всей иерархией данных.
Целью данного эссе является разграничение симметричной и асимметричной многопроцессорной обработки в ОС. Но прежде чем мы углубимся в это, нам нужно убедиться, что вы понимаете разницу между симметричной и асимметричной многопроцессорностью в ОС.
Обзор симметричной многопроцессорной обработки
Когда все процессоры используются для процессов ОС, это называется симметричной многопроцессорностью. Общая память используется для связи между всеми процессорами, и здесь нет отношений «главный-подчиненный», как в асимметричной многопроцессорной обработке. Процессы инициируются процессорами из общей очереди готовности, при этом каждый ЦП также может иметь собственную выделенную очередь готовых к выполнению инструкций. Планировщик отвечает за предотвращение одновременной работы двух процессоров над одним и тем же заданием.
Балансировка нагрузки, отказоустойчивость и снижение риска возникновения узких мест ЦП — все это преимущества симметричной многопроцессорной обработки. Это сложно, поскольку при симметричной многопроцессорности все процессоры используют одну и ту же память, и потеря одного из них влияет на производительность.
Обзор асимметричной многопроцессорности
Асимметричная многопроцессорная обработка включает в себя отношения «главный-подчиненный» между процессорами, при этом главный процессор осуществляет команду над подчиненными процессорами. Главный процессор может делегировать определенные обязанности подчиненным процессорам или главный процессор может передать весь процесс подчиненным. Структура данных контролируется главным процессором. Главный процессор отвечает за координацию деятельности системы и обработку всех операций ввода/вывода.
Один из подчиненных процессоров возьмет на себя управление в случае сбоя главного процессора. Один из подчиненных процессоров возьмет на себя управление, если другой выйдет из строя. Формат данных и единый процессор делают все действия системы очень простыми для понимания и выполнения. Рассмотрим четыре центральных процессора, обозначенных C1, C2, C3 и C4. C4 является основным процессором и отвечает за разделение работы между остальными. Предположим, что C1, C2 и C3 назначены соответствующим процессам P1, P2 и P3 соответственно. Каждый процессор будет сосредоточен исключительно на задачах, которые ему поручены.
Ключевая разница между симметричной и асимметричной многопроцессорностью
Когда дело доходит до операционных систем, симметричная и асимметричная многопроцессорность различаются по ряду важных аспектов. Ниже приведены некоторые из наиболее заметных различий между симметричной и асимметричной многопроцессорностью на уровне ОС:
- Множество процессоров, работающих вместе для запуска одного и того же набора программ в одной памяти и одной операционной системе, называется симметричной многопроцессорностью. Однако асимметричная многопроцессорная обработка описывает выполнение многих программ по принципу «главный-подчиненный».
- При симметричной многопроцессорной обработке каждый ЦП может выбирать работу либо из общей очереди готовности, либо из собственной выделенной очереди. При асимметричной многопроцессорной обработке главный процессор передает задания подчиненным процессорам.
- При симметричной многопроцессорной обработке процессоры обмениваются данными через общую память. С другой стороны, в асимметричной многопроцессорной обработке процессорам не нужно взаимодействовать друг с другом, поскольку все они находятся под управлением одного главного процессора.
- В асимметричном мультипроцессоре только главному процессору требуется доступ к базовой структуре данных. Однако симметричные мультипроцессоры представляют собой сложную задачу из-за необходимости синхронизации всех блоков.
- Все процессоры симметричной многопроцессорности имеют одинаковую базовую конструкцию. Однако при асимметричном мультипроцессоре структура процессоров может быть другой.
- При симметричной многопроцессорной обработке каждый ЦП может иметь доступ либо к общему пулу готовых процессов, либо поддерживать собственную очередь готовых задач. Вместо этого процессы распределяются по подчиненным процессорам в рамках асимметричной многопроцессорной обработки.
- Для сравнения, асимметричные многопроцессорные системы стоят дешевле, чем их симметричные аналоги.
- Асимметричные многопроцессорные системы также легче разрабатывать и поддерживать в рабочем состоянии, чем их симметричные аналоги.
Что такое симметричная многопроцессорная обработка в параллельных вычислениях?
Компьютеры с архитектурой симметричной многопроцессорной обработки (SMP) имеют два или более процессора, которые работают вместе для запуска одного экземпляра операционной системы и совместно используют память компьютера и другие ресурсы. Память, ввод/вывод и внешние прерывания распределяются поровну между всеми процессорами.
Что такое асимметричная многопроцессорная система?
Асимметричная многопроцессорная система — это компьютерная архитектура, в которой не всем подключенным процессорам присвоен одинаковый приоритет. Задачи операционной системы при асимметричной многопроцессорности выполняются одним главным процессором.
Каковы характеристики симметричных мультипроцессоров?
- Идентичный: Все процессоры рассматриваются одинаково, т.е. все они идентичны.
- Общение: Общая память — это способ связи между процессорами.
- Сложность: Они сложны по конструкции, поскольку все устройства используют одну и ту же память и шину данных.
- Дорого: Они более дорогие по своей природе.
Что также известно как симметричная многопроцессорная обработка?
Симметричную многопроцессорную обработку также называют тесно связанной многопроцессорной обработкой, поскольку все процессоры подключены на уровне шины и могут иметь доступ к одной и той же памяти. При симметричной многопроцессорной обработке каждый из параллельных процессоров имеет собственную кэш-память, что позволяет сократить трафик системной шины и улучшить время доступа к данным.
В чем разница между симметричной многопроцессорной обработкой и массовой параллельной обработкой?
Структура системы – это то, что отличает SMP от MPP. Каждый процессор в системе SMP использует один и тот же пул общей памяти и пропускную способность. Каждый процессор в системе MPP имеет свой собственный набор неразделяемых ресурсов.
Заключение
Симметричная и асимметричная многопроцессорная обработка — две возможные формы с разными операционными характеристиками. Все процессоры при симметричной обработке рассматриваются как равные, тогда как при асимметричной обработке существует динамика «главный-подчиненный». Однако скорость и производительность системы улучшаются за счет использования двух процессоров. Мы надеемся, что эта статья была познавательной. Давайте послушаем ваше мнение в разделе комментариев ниже!
- ТИПЫ ОЗУ: обзор различных типов ОЗУ
- НОУТБУК ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МУЗЫКИ: лучшие ноутбуки для производства музыки 2023 года
- 7+ ЛУЧШИХ ДИСТРИБУТОРОВ LINUX ДЛЯ ИГР В 2023 ГОДУ
- Как отключить запас хода на Apple Watch: простое руководство
Рекомендации
