《分布式共享存儲器》PPT課件

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1、第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念什么是分布式共享存儲器系統(tǒng)分布式共享存儲器系統(tǒng)是分布式操作系統(tǒng)中的一個資源管理部件,它在沒有物理上共享的存儲器的分布式操作系統(tǒng)中實現(xiàn)了共享存儲器模式。這種共享存儲器模式在分布式系統(tǒng)中提供了一個可供系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點所共享的虛擬地址空間。程序設計者可以像使用傳統(tǒng)的存儲器一樣使用該虛擬地址空間。這種物理上分布邏輯上共享的存儲器就叫做分布式共享存儲器(DistributedSharedMemory—DSM)。每一個節(jié)點都可以擁有存儲在共享空間的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的所有者也可以跟隨數(shù)據(jù)從一個節(jié)點移到另一個節(jié)點。當一個進程訪問共享地址空間中的數(shù)據(jù)時,映像管理員就把共享存儲器地

2、址變換到本地地址或遠程的物理存儲器地址。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念什么是分布式共享存儲器系統(tǒng)第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念為什么需要分布式共享存儲器DSM的計算模型和RPC的計算模型相比各有優(yōu)缺點:DSM的計算模型支持數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)移動,使數(shù)據(jù)更容易訪問。RPC計算模型是把操作移到數(shù)據(jù)所在位置。RPC不支持程序利用其訪問的局部性優(yōu)點,對一塊遠程數(shù)據(jù)的每個操作都產(chǎn)生通信,對數(shù)據(jù)的操作必須先定義好。但是RPC支持異構型。DSM可把數(shù)據(jù)移到本地節(jié)點,允許程序利用其訪問的局部性優(yōu)點,使用緩存器可以改善響應時間。移動性要求對數(shù)據(jù)位置進行跟蹤;緩存要求解決各副本的一致性。當數(shù)據(jù)正向某

3、個主機移動時,不能對它進行處理。如果數(shù)據(jù)經(jīng)常修改,RPC模型可能更好些。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念為什么需要分布式共享存儲器從通信機制來看,DSM與報文傳遞方式有以下不同:訪問的透明性。使用報文傳遞方式訪問共享的數(shù)據(jù)變量時,程序必須明確地使用節(jié)點地址信息和通信原語(如SEND和RECEIVE)。而在DSM中系統(tǒng)提供了一種抽象的共享地址空間從而隱匿了物理地址和通信細節(jié),使得程序直接面向共享的數(shù)據(jù)。共享數(shù)據(jù)結構的復雜性和異構性。使用報文傳遞方式,由于數(shù)據(jù)是在不同的地址空間之間傳遞,從而使得具有復雜數(shù)據(jù)結構的數(shù)據(jù)難于在不同類型的計算機及進程之間傳遞。而在DSM中,可以借助引用機制(re

4、ference)去實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)訪問,復雜性與異構性的問題由引用機制去處理,從而進一步簡化了并行程序設計。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念為什么需要分布式共享存儲器從通信機制來看,DSM與報文傳遞方式有以下不同:(3)數(shù)據(jù)的局部性。在DSM中,新訪問的數(shù)據(jù)項與其周圍的數(shù)據(jù)一起按塊或按頁移動,而不是只移動新訪問的數(shù)據(jù)本身。根據(jù)程序的局部性原理,這樣可以大大地減小網(wǎng)絡的通信開銷。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念為什么需要分布式共享存儲器與緊密耦合的多機系統(tǒng)相比,DSM系統(tǒng)具有以下特點:(1)規(guī)??蓴U充。在緊密耦合的多機系統(tǒng)中,由于各處理機共享的是一個單一的物理存儲器,主存訪問都要經(jīng)過

5、一個集中環(huán)節(jié)(例如總線)進行,這就限制了多機系統(tǒng)的規(guī)模(一般為幾十臺處理機)。DSM不存在這樣的限制,可以擴充至很大的規(guī)模(多至上千個節(jié)點)。(2)廉價。由于DSM系統(tǒng)可以用現(xiàn)有的硬件來構造,并且無需連接共享存儲器與處理機的復雜接口,因而DSM的構造成本要低于緊密耦合的多機系統(tǒng)。(3)兼容性。在共享存儲器多機系統(tǒng)上編寫的程序原則上都可以無需修改或稍加修改后轉換到DSM系統(tǒng)上運行。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念共享存儲器中緩存一致性方法有兩類基本方法實現(xiàn)緩存一致性:即探聽緩存方法和使用目錄的方法。探聽(snooping)緩存方法用于具有廣播能力的通信介質(zhì)中,例如共享總線。每個緩存器為了

6、保持自己數(shù)據(jù)的一致性要監(jiān)聽共享總線上進行的由其他處理機發(fā)出的存儲器操作。Berkeley是一個典型例子,它是一種寫無效協(xié)議,它假設通過單總線訪問共享的物理存儲器。此協(xié)議采用一個所有權方案。一個數(shù)據(jù)塊的所有者是一個緩存器,是上次對該數(shù)據(jù)塊的修改者,如果該塊被其所有者清除,則主存作為其所有者。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念共享存儲器中緩存一致性方法Berkeley探聽協(xié)議數(shù)據(jù)塊有四種狀態(tài):重寫(dirty)、共享重寫、有效和無效:(1)無效。該緩存塊不包含有效數(shù)據(jù)。(2)有效。該緩存塊中數(shù)據(jù)是有效的。(3)重寫。共享存儲器中的數(shù)據(jù)是不正確的,該緩存塊是唯一有效的數(shù)據(jù)副本。該緩存塊是數(shù)據(jù)的

7、所有者。(4)共享重寫。共享存儲器中的數(shù)據(jù)是不正確的,該緩存塊是數(shù)據(jù)的所有者,其他緩存中有同樣的副本。第十一章分布式共享存儲器11.1基本概念共享存儲器中緩存一致性方法探聽協(xié)議的寫操作:數(shù)據(jù)只能由所有者提供。有效塊和無效塊在替換時可以簡單地扔掉。重寫塊和共享重寫塊在替換時要寫回共享存儲器,并把共享存儲器設置為所有者。如果對緩存塊進行寫,而緩存塊的狀態(tài)是重寫的,則寫操作可以直接進行;但是如果緩存塊是

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