Организация ЭВМ и систем: Курс лекций (Позиционные системы счисления. Процессоры семейства IA-32. Лазерные принтеры), страница 39

Если все процессоры имеют равный доступ ко всем модулям памяти и всем УВВ, и каждый процессор взаимозаменяем с любым другим процессором, такая многопроцессорная система называется симметричной многопроцессорной системой (англ.: Symmetric Multiprocessor, SMP). В данной лекции мы будем говорить именно о таких системах.

14.2.  Модели согласованности

14.2.1. Понятие модели согласованности

Несмотря на наличие общей памяти, работа многопроцессорных систем всё равно сложна. Несколько процессоров могут пытаться считать слово из памяти, а в это же время несколько других процессоров пытаются записать то же самое слово. При этом сеть межсоединений может доставлять пакеты от разных процессоров к одному и тому же модулю памяти или процессору не в том порядке, в котором они были посланы. К этому всему добавляется дублирование памяти. Если не принять специальных мер, то такая ЭВМ с точки зрения программиста и пользователя будет вести себя абсолютно непредсказуемым образом.

Специальные меры сводятся к реализации так называемых моделей согласованности. Модель согласованности — это такой набор правил для программного и аппаратного обеспечения, что при выполнении правил программным обеспечением, ему гарантируется получение результата, правилами предусмотренного.

Разработано множество моделей согласованности.

Предположим, что первый процессор посылает пакет, который должен записать значение  в некоторое слово памяти. После этого второй процессор посылает пакет для записи значения  в то же самое слово. Спустя некоторое время после второго события, третий процессор посылает пакет, запрашивающий значение того же самого слова, и получает значение . Следует ли после этого владельцу весьма дорогостоящей ЭВМ искать изготовителя, чтобы выразить ему своё неудовольствие? Это зависит от модели согласованности, указанной в техническом описании ЭВМ.

14.2.2. Строгая согласованность

Это — самая простая модель. При любой операции чтения из памяти возвращается значение, запрос на запись которого был послан последним. Данная модель наиболее удобна для программистов, но практически нереализуема в больших системах. Для её воплощения ЭВМ должна обладать следующими свойствами:

—  иметь один модуль памяти, обслуживающий запросы в порядке очереди;

—  не должно быть дублирования памяти;

—  не должно быть упреждающей выборки;

—  сеть межсоединений должна работать с модулем памяти по принципу коммутации каналов.

При выполнении всех этих требований повышение производительности за счёт увеличения количества процессоров будет практически полностью нейтрализоваться временем операций с памятью.

14.2.3. Согласованность по последовательности

Здесь при наличии нескольких запросов на чтение и запись в ОЗУ аппаратное обеспечение определяет порядок обработки запросов по собственному усмотрению, но все процессоры наблюдают одну и ту же последовательность запросов.

Рассмотрим пример. Пусть первый процессор посылает запрос на запись в некоторое слово памяти значения 100, а второй — на запись туда же значения 200. Третий и четвёртый процессоры по два раза запрашивают значение того же самого слова из памяти. В результате, даже при отсутствии дублирования и упреждающей выборки, то есть при наличии одного экземпляра слова, могут получаться различные варианты, в частности:

W₁100

W₂200

R₃=200

R₃=200

R₄=200

R₄=200

W₁100

R₃=100

W₂200

R₃=200

R₄=200

R₄=200

W₂200

R₄=200

W₁100

R₃=100

R₄=100

R₄=100

Чего не может получиться при наличии одного экземпляра слова — это ситуации, когда третий процессор получит последовательность значений 100, 200, а четвёртый — 200, 100 или наоборот. Действительно, если какой-то процессор получил последовательность значений 100, 200, это значит что операция W₁100 завершилась ранее операции W₂200, что противоречит тому, что другой процессор получил последовательность 200, 100.

Согласованность по последовательности полезна, но она требует:

—  отсутствия дублирования памяти,

—  отсутствия упреждающей выборки.

И то, и другое ограничивает производительность системы.