linux 集群體系結(jié)構(gòu)02

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1、下載第2章多處理器體系結(jié)構(gòu)本章簡(jiǎn)介¥供選擇的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)¥多處理器分類¥緊密耦合與松散耦合的多處理器¥分布式共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)¥集群體系結(jié)構(gòu)¥硬件選擇¥軟件選擇¥性能問題¥我們的集群系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)¥深入閱讀集群體系結(jié)構(gòu)是從哪里來的?它是如何發(fā)展的?本章描述了幾種多處理器,從典型多處理器命名慣例和其擴(kuò)展開始,以一個(gè)獨(dú)特而關(guān)鍵的設(shè)計(jì)結(jié)束,這個(gè)設(shè)計(jì)更著重系統(tǒng)的軟件而不是其硬件。集群體系結(jié)構(gòu)是思維變化的副產(chǎn)品—一種新的范型。本章討論集群體系結(jié)構(gòu)必須考慮到很多硬件和軟件選擇。本章還描述一些事務(wù)處理系統(tǒng)性能的問題。本章的末尾討論為什么集群計(jì)算

2、機(jī)最適合我們的目的并且介紹我們的范例系統(tǒng)。本書中介紹的集群計(jì)算機(jī)稱為多計(jì)算機(jī)。它得到這個(gè)名字是因?yàn)樗啥嗯_(tái)通過通信網(wǎng)絡(luò)相互連接的單獨(dú)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。這些計(jì)算機(jī)中的每一臺(tái)都運(yùn)行必須通過網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的進(jìn)程,它們?cè)谝黄鸸ぷ?,表現(xiàn)為第1章“Linux集群計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”中描述的單一系統(tǒng)鏡像。大多數(shù)多處理器只能由計(jì)算機(jī)制造廠商制造。但是,多計(jì)算機(jī)可以用現(xiàn)有可用組件和某些自定義軟件構(gòu)造。經(jīng)過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié),通過使用重疊技術(shù)它可以勝過同等能力的單一計(jì)算機(jī),重10第第Linux集群體系結(jié)構(gòu)下載疊技術(shù)就是利用很多事務(wù)處理和超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中

3、的固有并行度。讓我們從典型多處理器體系結(jié)構(gòu)的概述開始,接下來是你在本書以后章節(jié)中將設(shè)計(jì)和構(gòu)造的集群系統(tǒng)的趨勢(shì)。2.1可供選擇的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)按照字面意義,計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)就是:它是如何構(gòu)造的。為了了解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)會(huì)有什么不同,需要了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部的構(gòu)造塊,比如圖2-1中顯示的典型臺(tái)式計(jì)算機(jī)。CPURAMI/O數(shù)據(jù)總線輸出端口算術(shù)和邏輯指令和數(shù)據(jù)指令處理器端口輸入單處理器圖2-1單處理器—一臺(tái)典型的計(jì)算機(jī)及其三個(gè)組成部分典型計(jì)算機(jī)的三個(gè)功能單元(見圖2-1)是指令處理、存儲(chǔ)和I/O,定義如下:¥處理功能包括指令執(zhí)行、算術(shù)/邏輯操作

4、和存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)訪問。這些功能屬于處理功能,因?yàn)橹醒胩幚韱卧碈PU)通常完成所有這些功能。¥存儲(chǔ)功能是記憶數(shù)據(jù),它通過物理存儲(chǔ)器及其相關(guān)硬件完成。存儲(chǔ)器是數(shù)據(jù)從外部引入之后存儲(chǔ)的地方,在這里數(shù)據(jù)被運(yùn)行的進(jìn)程創(chuàng)建或者改變,而且在這里數(shù)據(jù)為了傳輸?shù)酵獠慷蝗〕?。¥I/O功能是在物理存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備(例如到軟盤)之間通過I/O端口傳輸數(shù)據(jù)的過程。通過設(shè)計(jì)具有多種這些基本組成部分的計(jì)算機(jī)就可能產(chǎn)生不同種類的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。重疊(或者并行)是在同一時(shí)間內(nèi)做兩件或者更多工作的能力。不必過于驚訝,指令執(zhí)行的重疊可以通過擁有多個(gè)CP

5、U來實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)器訪問的重疊可以通過擁有多個(gè)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線來實(shí)現(xiàn),而I/O重疊可以通過多個(gè)I/O端口來實(shí)現(xiàn)。讓我們首先集中討論多個(gè)CPU,因?yàn)檫@是多處理器的本質(zhì)。第2章第多處理器體系結(jié)構(gòu)第第11下載多個(gè)CPU重疊計(jì)算機(jī)內(nèi)CPU的數(shù)目和它們是如何相互連接的是多處理器命名慣例的基礎(chǔ)?,F(xiàn)有四種多處理器形式,代表了CPU和物理存儲(chǔ)器組合為計(jì)算機(jī)的四種方式。1.單處理器單處理器在字面上是僅僅包含一個(gè)CPU的單一處理器的計(jì)算機(jī),例如圖2-1中顯示的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)在物理存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù),物理存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器,或者RAM。對(duì)通過輸入

6、/輸出(I/O)設(shè)備在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中寫入和取出信息有一些規(guī)定,這是由操作系統(tǒng)(即OS)支持的。2.多處理器多處理器(MP)有兩個(gè)或者更多的處理器,但是只有單一的、共享的存儲(chǔ)器,這個(gè)存儲(chǔ)器可以被任何CPU訪問,如圖2-2所示。有了多個(gè)CPU,就可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。這就允許并行執(zhí)行,前提是OS支持這一特性。然而,這是一柄雙刃劍。你必須謹(jǐn)慎地編寫這些機(jī)器的程序,要考慮到兩條指令可能同時(shí)把變量設(shè)置為不同的值!(從技術(shù)上講,兩條指令中只有一個(gè)會(huì)首先發(fā)生;哪一條指令起作用依賴于與物理存儲(chǔ)器相關(guān)聯(lián)的線路和邏輯,但是這一層次的細(xì)節(jié)超出了本

7、書的范圍。)你可以(也應(yīng)該)通過使用信號(hào)量來保護(hù)MP上的共享數(shù)據(jù),這會(huì)在下一章中討論。CPU0CPU1CPUN數(shù)據(jù)總線RAM:指令和數(shù)據(jù)圖2-2多處理器—數(shù)個(gè)CPU和單一存儲(chǔ)器進(jìn)行交互3.陣列處理器陣列處理器是擁有很多單處理器的專門用途的計(jì)算機(jī),每個(gè)處理器都有自己的物理存儲(chǔ)器區(qū)域,如圖2-3所示。這種機(jī)器的好處是它擁有同時(shí)在其所有處理器上運(yùn)行相同指令的能力。例如,考慮一條ADD指令。要相加的兩個(gè)數(shù)值以地址偏移量的形式指定進(jìn)每個(gè)處理器的存儲(chǔ)器區(qū)域。程序給陣列中每個(gè)處理器相同的ADDAtoB指令,但是每個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域在其A和B偏移

8、量上有不同的數(shù)值。12第第Linux集群體系結(jié)構(gòu)下載控制器指令底板CPU0CPU1CPUN數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A[0],B[0]A[1],B[1]A[n],B[n]圖2-3陣列處理器—數(shù)個(gè)CPU和專門用途的存儲(chǔ)器進(jìn)行交互在大多數(shù)程序語言中一系列數(shù)值被稱為陣列,如此有了陣列處理器的名稱。數(shù)學(xué)家稱一系

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