分布式共享存儲(chǔ)

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時(shí)間:2018-11-30

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1、第6章分布式共享存儲(chǔ)中國科技大學(xué)軟件學(xué)院丁箐主要內(nèi)容6.1共享內(nèi)存6.2一致性模型6.3基于頁面的DSM6.4其它的分布式共享內(nèi)存2主要內(nèi)容6.1共享內(nèi)存6.2一致性模型6.3基于頁面的DSM6.4其它的分布式共享內(nèi)存3多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)回顧對(duì)硬件的影響設(shè)計(jì)一種使多個(gè)處理機(jī)同時(shí)使用同一存儲(chǔ)器的機(jī)器是非常困難的大的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更易于建立對(duì)軟件的影響用于多處理機(jī)編程的技術(shù)很多,可以使用臨界區(qū)(criticalregion),信號(hào)量或管程(monitor)提供必要的互斥。對(duì)多計(jì)算機(jī)系統(tǒng),通信一般使用消息傳遞,這使輸入/輸出更為抽象。消息傳

2、遞帶來了許多復(fù)雜的問題,4分布式共享存儲(chǔ)器(DSM)Li和Hudak提出讓一組由局域網(wǎng)互連的工作站共享一個(gè)分頁的虛擬地址空間。不共享整個(gè)地址空間,而只共享其中所選擇的一部分,即那些由多個(gè)進(jìn)程引用的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上復(fù)制共享變量,通過共享復(fù)制的變量而不是整個(gè)頁,模擬處理機(jī)的問題可簡化為保證一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多個(gè)拷貝一致性的問題。5DSM的很多研究工作都受到了多處理機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展的啟發(fā)!首先比較幾種共享存儲(chǔ)器(內(nèi)存)的多處理機(jī)6芯片存儲(chǔ)器CPU與存儲(chǔ)器連接模型單片機(jī)理想的共享存儲(chǔ)器多處理機(jī)7PentiumDwith975XChips

3、etInter-CoreBusInterfaceMemoryControllerHubI/OControllerHubDDR2MemoryPCIExpressx166PCI4SerialATAPorts6PCIExpressx1High-DefinitionAudio2PCIExpressx8orDMI(2GB/s)1066/800MHzFSBCore1L2Cache(forCore1)Core0L2Cache(forCore0)6USB2.0IntelMatrixStorageBIOSSupportIntelPro1000LAN8

4、多處理器結(jié)構(gòu)帶緩存的多處理器結(jié)構(gòu)總線仲裁機(jī)制:集中式和非集中式基于總線的多處理機(jī)CPU內(nèi)存總線(a)總線(b)緩存CPUCPUCPU內(nèi)存緩存CPU緩存CPU9通寫緩沖(write-though)一致性協(xié)議事件對(duì)本地CPU操作響應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)程CPU響應(yīng)讀失?。╩iss)從內(nèi)存中取得數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到緩存中(M?C)(無動(dòng)作)讀命中(hit)從本地緩存中取得數(shù)據(jù)(無動(dòng)作)寫失敗更新內(nèi)存中的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到緩存中(C?M)(無動(dòng)作)寫命中更新存儲(chǔ)器和緩存(M?C?M)置為無效10緩存擁有權(quán)(ownership)協(xié)議Cache分成若干個(gè)cache塊每個(gè)Ca

5、che塊處于三種狀態(tài):Invalid-數(shù)據(jù)無效Clean-與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)一致Dirty-數(shù)據(jù)被更新,與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)不一致各CPU監(jiān)聽(snoopy)其它CPU在總線的操作11緩存擁有權(quán)(ownership)協(xié)議多個(gè)CPU可有讀擁有權(quán)只有一個(gè)CPU有寫擁有權(quán)當(dāng)一個(gè)CPU寫一個(gè)數(shù)據(jù)取得對(duì)該數(shù)據(jù)的擁有權(quán)其它CPU將該數(shù)據(jù)的緩存塊置為“invalid”在本地緩存塊中,寫數(shù)據(jù),并置為“dirty”適當(dāng)時(shí)候,刷新存儲(chǔ)區(qū),或提供給其它CPU12緩存擁有權(quán)(ownership)協(xié)議特點(diǎn)通過各CPU對(duì)總線的監(jiān)聽保持緩存一致性該協(xié)議實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)器管理單元中整

6、個(gè)算法在一個(gè)存儲(chǔ)器周期中完成召回(callback)協(xié)議如果用軟件實(shí)現(xiàn)13緩存擁有權(quán)協(xié)議操作過程14緩存擁有權(quán)協(xié)議操作過程15重要屬性緩存對(duì)總線的監(jiān)聽保證了一致性。協(xié)議建立在存儲(chǔ)器管理單元中。整個(gè)算法在一個(gè)存儲(chǔ)器周期中完成。16基于環(huán)的多處理機(jī)沒有集中式全局存儲(chǔ)器耦合得較松一些(a)Memnet環(huán)(b)單一主機(jī)(c)塊表17交換式多處理機(jī)CPU增加到一定數(shù)量時(shí),總線或環(huán)的帶寬達(dá)到飽和,再增加額外的CPU也不會(huì)提高系統(tǒng)性能減少通信流量采用兩種方法解決帶寬不足的問題減少通信流量改善緩沖協(xié)議,優(yōu)化塊大小,重組程序,以提高存儲(chǔ)器訪問的本地命

7、中率。增加通信容量改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為系統(tǒng)建立層次結(jié)構(gòu)18(a)三個(gè)簇由簇間總線連接組成一個(gè)超級(jí)簇(b)由超級(jí)簇總線相連的兩個(gè)超級(jí)簇分級(jí)層次結(jié)構(gòu)19DASH示例目錄每一簇都以目錄來記錄哪些簇現(xiàn)在擁有哪些塊的拷貝緩存(caching)緩存分為兩級(jí):第一級(jí)緩存和更大的第二級(jí)緩存協(xié)議(protocul)DASH協(xié)議是基于擁有權(quán)和置無效的20NUMA多處理機(jī)和傳統(tǒng)UMA(UniformMemoryAccess)多處理機(jī)一樣,NUMA機(jī)的虛擬地址空間對(duì)所有CPU都可見。任何CPU在地址A寫入值,接下來別的處理機(jī)對(duì)A的讀操作將讀取剛剛寫入的值。UMA

8、與NUMA的區(qū)別不是在語義上,而是在性能上。在NUMA機(jī)上,訪問遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器要比訪問本地存儲(chǔ)器慢得多,而硬件緩存并不試圖掩蓋這個(gè)問題。21NUMA示例22NUMA多處理機(jī)的屬性可以訪問遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器。訪問遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器比訪問本地存儲(chǔ)器慢。沒有緩

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