Umumiy xotirali multiprotsessorlar

Yuklangan vaqt:

08.08.2023

Ko'chirishlar soni:

0

Hajmi:

192.876953125 KB

Ko'chirib olish

Umumiy xotirali multiprotsessorlar
Reja:
1. Kirish
2. Kesh uyg’unligi va xotiraning barqarorligi
3. Sinxronlashtirish va o'zaro chi qarish
4. Foydalanilgan adabiyotlar

Kirish
Umumiy xotirali protsessorlar oddiy va umumiy dasturlash modeli tufayli
mashhur bo'lib, bu kod va ma'lumotlarni almashishni qo'llab-quvvatlaydigan
parallel dasturiy ta'minotni oddiy ishlab chiqish imkonini beradi.
Umumiy - xotira protsessorlari barcha protsessorlar uchun yagona jismoniy
manzil maydonini ta'minlaydi va har bir protsessor o'zining mahalliy xotirasi va
keshidan foydalangan holda o'z dasturini ishga tushirishi mumkin. Protsessorlar,
shuningdek, alohida modullarda joylashtirilgan umumiy xotiradan foydalanish
imkoniyatiga ega. Protsessorlar har qanday protsessorgaot ir ajhausaqitanjrciumn
umumiy o'zgaruvchilar yordamida aloqa qiladilar. Umumiy xotirali ko'p
protsessorli tizimda xotira 1- rasmda ko'rsatilganidek, ierarxik tarzda tashkil
etilgan.
Rasmda n t a protsessor va b umumiy xotira moduliga ega tizim ko'rsatilgan. Har
bir protsessor o'zining ichki registrlariga, keshiga va mahalliy xotirasiga ega. Kesh
protsessor tomonidan ishlatiladigan barcha ma'lumotlarni saqlaydi. Mahalliy xotira
boshqa protsessorlar bilan bo'lishish uchun mo'ljallanmagan mahalliy
o'zgaruvchilarni saqlaydi. Umumiy xotira protsessorlar o'rtasida almashinishi
kerak bo'lgan umumiy o'zgaruvchilarni saqlaydi. O'zaro ulanish tarmog'i bir
vaqtning o'zida bir nechta protsessorlarga tarmoq orqali turli xil umumiy xotira
modullariga kirish imkonini beradi. Bu bir vaqtning o'zida bir nechta xotirani
o'qish/yozish operatsiyalarini bajarishga imkon beradi.
Bu umumiy xotira protsessorlarida ikkita muhim fikrni keltirib chiqaradi:
1. Kesh kogerentligi
2. Sinxronizatsiya va o'zaro istisno

1-rasm Umumiy – xotira protsessorlari. Har bir protsessorda mahalliy kesh va
mahalliy xotira mavjud. Barcha protsessorlar umumiy xotira modullariga ulanish
tarmog'I orqali kirishlari mumkin.
Kesh uyg’unligi va xotiraning barqarorligi
Protsessorlarga shaxsiy keshlarni ulash xotiraning kechikishini protsessor tezligiga
moslashtirish orqali dasturning bajarilishini tezlashtiradi. Shunday qilib, o'qish,
yozish operatsiyalari arifmetik va mantiqiy birlik (ALU) operatsiyalari bilan bir xil
vaqtni oladi. 1-jadvalda kesh uyg'unligini tavsiflash uchun foydalaniladigan
terminologiya berilgan. Kesh foydalidir, chunki ko'pgina vazifalar yoki ilovalar
vaqtinchalik va fazoviy joylashuvni ko'rsatadi . Vaqtinchalik joylashuv yaqin
kelajakni anglatadi. Fazoviy joylashuv yaqin kelajakda joriy ma'lumotlarga yaqin
joylashgan ma'lumotlardan foydalanishni anglatadi. Shu sababli, umumiy xotira va
keshlar o'rtasidagi ma'lumotlarni yuklash/saqlash operatsiyalari bloklar rordamida
amalga oshiriladi . 2- rasmda umumiy xotirada saqlanadigan bloklar va ularning
ma'lum bir protsessor keshidagi nusxalari o'rtasidagi munosabat ko'rsatilgan. Kesh
ba'zi bloklarni feg yordamida saqlaydi, bu blokning manzilini umumiy xotirada
saqlaydi. Keshda saqlangan har bir blok satr deb ataladigan qator sifatida
saqlanadi. Mahalliy kesh
Mahalliy xotira
Umumiy xotira modullari

Bir qator quyidagi komponentlarni o'z ichiga oladi:
1. Satrdagi ma'lumotlar umumiy xotiradagi blok bilan mos keladimi yoki
yo'qligini ko'rsatish uchun yaroqli bit ( V )
2. Keshdagi satr manzili bo'lgan indeks
3. Umumiy xotiradagi blok manziliga ishora qiluvchi teg
4. Blokda saqlangan ma'lumotlarni o'z ichiga olgan ma'lumotlar.
Umumiy xotira tizimlari uchun keshlar, shuningdek, xotira ziddiyatlarini
bartaraf etishga yordam beradi ikki yoki undan ortiq protsessorlar bir xil xotira
moduliga kirishga harakat qilganda.
Umumiy xotirada saqlangan ma'lumotlarning nusxalari saqlangan nusxalarga
mos kelishi kerak mahalliy keshlarda. Bu kesh uyg'unligi deb ataladi . Umumiy
o'zgaruvchining nusxalari, agar ularning barchasi teng bo'lsa , kogerent ao'ladi.
Agar protsessor tomonidan har bir o'qish operatsiyasi oldingi yozish natijasida
hosil bo'lgan qiymatni topsa, keshlar samarali hisoblanadi. Kesh uyg'unligi
dasturning to'g'ri bajarilishini ta'minlash va tizimning yuqori ishlashini ta'minlash
uchun muhimdir.
1-jadval Kesh muvofiqligini tavsiflash uchun foydalaniladigan terminologiya
Terminlari Ma'nosi
Bloklash Umumiy xotirada saqlanadigan qo ' shni so ' zlar yoki
ma ' lumotlar guruhi
Translyatsiya
Ma'lumot barcha keshlarga yuborilganda
Kesh Xotiraga kirish vaqtini qisqartirish va protsessorlar
o ' rtasidagi umumiy xotira to ' qnashuvlarini kamaytirish
uchun protsessor bilan bir xil chipda amalga oshiriladigan
kichik yuqori tezlikli xotira
Kesh uyg’unligi Umumiy xotiradagi blokning tarkibi va turli keshlar bir xil
emas.

Kesh muvofiqligini saqlash protokoli siyosati kesh uyg'unligini saqlash uchun
amalga oshirildi
Kogerent tizim Umumiy xotiradan blokning har bir o ' qilishi , boshqa har
qanday oxirgi yozma tomonidan ishlab chiqarilgan bir xil
ma ' lumotlarni topsa protsessor
Global ma'lumotlar Umumiy xotirada saqlangan ma'lumotlar
Chiziq Tegi va yaroqli biti bilan keshda saqlanadigan blok
Mahalliy
ma'lumotlar Keshda saqlangan ma'lumotlar
O'zgartirilgan blok Keshdagi blok ma ' lumotlari umumiy ma ' lumotlarda
yangilanmagan xotira
Multicast Ma'lumot barcha keshlarga emas, balki ba'zilariga
yuboriladi.
O'zgartirish Yangisiga joy ochish uchun keshdan blokni olib tashlash
blok
Fazoviy joylashuv Xuddi shu blokdagi ma ' lumotlar qisqa vaqt ichida
ishlatiladi .
Vaqtinchalik
joylashuv Blokdagi ma ' lumotlar so ' zi qisqa vaqt ichida ishlatiladi .
Unicast Ma'lumot faqat bitta keshga yuboriladi.
Yaroqli Blok tarkibi yangilangan.
Yozing - orqaga Umumiy xotiradagi blok keshdagi tegishli blok
almashtirilganda yangilanadi .
Yozing - orqali Umumiy xotiradagi blok keshdagi tegishli blok
o ' zgartirilganda yangilanadi .
Faraz qilaylik , ikkita protsessor , P 1 va P 2, ularning ikkita alohida keshlarida
saqlangan bir xil umumiy o ' zgaruvchilardan foydalaning . Agar P 1 o ' zining
mahalliy qiymatini o ' zgartirsa , biz P 2 o ' zgarishlardan xabardor ekanligiga ishonch
hosil qilishimiz kerak .

To'rtta protsessor va bitta umumiy xotira moduliga ega umumiy xotira tizimi
misolini ko'rib chiqing. 2- jadval umumiy xotiradagi blok protsessorlar tomonidan
yuklanganda va keyin bir yoki bir nechta protsessorlar tomonidan o'zgartirilganda
yuzaga keladigan muammolarni ko'rsatadi. Yozish siyosati qabul qilinadi.
3-jadval umumiy xotiradagi blok protsessorlar tomonidan yuklanganda va keyin
bir yoki bir nechta protsessorlar tomonidan o'zgartirilganda yuzaga keladigan
muammolarni ko'rsatadi. Qayta yozish siyosati qabul qilinadi. 2-jadvaldagi
voqealarga muvofiq turli vaqt holatlaridagi kesh tarkibi quyida tushuntirilgan.
2-jadval Yozish bilan kesh muvofiqligi muammosiga misol - siyosat orqali
Vaqt Umumiy
xotira Keshlar
Izoh
C
0 C
1 C
2 C
3
0 b b - - - b bloki C
0 da yuklangan.
1 b b b - b b bloki C
1 va C
3 da yuklangan.
2 b b b - b
3 Protsessor P
3 o'zining b nusxasini
o'zgartiradi. Endi tizim izchil emas.
3 b
3 b b - b
3 Protsessor P
3 yozishni amalga oshiradi.
Tizim kogerent emas, chunki C
0 va C
1
turli xil nusxalarga ega.
4 b
3 b
3 b
3 - b
3 Umumiy xotira tekshiruvi C
0 va C
1
yangilanadi. Endi tizim izchil.So'z
16 bit Bloklash So'z
12 bit 4
bit
16 bitli so'z manzil
maydoniga ega asosiy
xotira 12 bitli blok manzili va
4 bitli so'z manzili bilan
kesh xotirasi 2-rasm Umumiy xotirada saqlanadigan
bloklar va ularning ma'lum bir protsessor
keshidagi nusxalari o'rtasidagi munosabat.

Vaqt 0. P
0 protsessoridagi C
0 keshi uni qayta ishlash jarayonida foydalanish uchun
b blokini yuklaydi .
Vaqt 1. I kkala kesh C
1 va C
3 ham umumiy blokdan bir xil blokni yuklaydi
xotira. Endi bizda b ning uchta nusxasi bor.
Vaqt 2. Protsessor P
3 C
3 da b nusxasini yangilaydi . Ayni paytda ma'lumotlar
umumiy xotira va keshlar izchil emas.
Vaqt 3. P
3 ma'lumotlarni C
3 va ichida qilish uchun yozish operatsiyasini bajaradi
umumiy xotira izchil.
3-jadval Yozish - Orqaga siyosati bilan kesh muvofiqligi muammosiga misol
Vaqt Umumiy
xotira Keshlar
Izoh
C
0 C
1 C
2 C
3
0 b b - - - b bloki C
0 da yuklangan.
1 b b b - b b bloki C
1 va C
3 da yuklangan.
2 b b b - b
3 Protsessor P
3 o'zining b
3 nusxasini
o'zgartiradi. Endi tizim izchil emas.
3 b b
0 b
1 - b
3 P
0 va P
1 protsessorlari b ning o'z
nusxalarini o'zgartiradilar.
4 b
1 b
0 b
1 - b
3 P
1 umumiy xotiraga yozishni amalga
oshiradi
5 b
1 ? b
1 b
1 ? Xotira va keshlarni yangilash uchun b
ning qaysi qiymatidan foydalanish kerak?
Vaqt 4. Qaysi protsessor umumiy xotirani yangilashi kerak? Qayta yozish
siyosati bilan bu qaysi protsessor keshni almashtirishni amalga oshirishiga qarab
belgilanadi. Bunday holda, u P
1 bo'ladi.
Vaqt 5. P
2 blokni yuklaydi b va markaziy boshqaruvchi barcha protsessorlarga
yangi qiymat haqida xabar beradi b1 . P
0 va P
3 nima qilishi kerak? Ularning
ma'lumotlarini almashtiring yoki o'z versiyalaridan foydalanish uchun umumiy
xotiraga xabar bering.
2 va 3-jadvallardagi oldingi ikkita holatdan ko'rinib turibdiki, kesh kogerentligi
muammosi ayniqsa ko'p protsessorli tizimlar uchun juda jiddiydir. Xotira

tarkibining to'g'ri qiymati qaysi protsessor birinchi bo'lib xotiraga kesh saqlashni
(yozishni) amalga oshirganligini anglatmasligi kerak. Masalan, 2-jadvalda P
3
birirtchi o'zgarishni b blokda amalga oshirganini ko'ring, keyin P
0 keyin P
1 . Bu
umumiy xotirada b blokini yangilash uchun to'g'ri ketma-ketlik bo'lmagan bo'lishi
mumkin . Buning sababi protsessorlarning bir-biri bilan sinxronlashtirilmaganligi
va har bir protsessordagi vazifalar va ish zarralarini rejalashtirish boshqa
protsessorlar bilan mos kelmasligi. Xo'sh, b ni yangilashning to'g'ri ketma-ketligi
qanday ? Bu javobga erishishning ikki yo'li mavjud:
1. Ilovaning ketma-ket bajarilishi asosida b ni to'g'ri yangilash
2. Ma'lumotlarga bog'liqlik asosida b ni to'g'ri yangilash
Dasturning ketma-ket bajarilishi deganda dasturni bir protsessorli ketma-ket
mashinada ishga tushirish tushuniladi, unda ko'p ishlov berish yoki ko'p ish
zarralarini o'tkazish qobiliyati yo'q. O'zgaruvchiga kirish va yangilash tartibi dastur
ishlab chiqaruvchisi tomonidan ishlab chiqilgan to'g'ri tartibdir. O'zgaruvchan
kirish/yangilanishning ushbu ketma-ketligi dasturni ko'p protsessorli tizimda
amalga oshirishda kuzatilgan bo'lishi kerak. Xotirada va barcha keshlarda umumiy
o'zgaruvchini qanday yangilashni aniqlashda ushbu kirish ketma-ketligiga rioya
qilish kerak. Kesh/xotiraga to'g'ri kirish, agar parallel mashina tomonidan olingan
natijalar har doim ketma-ket mashina tomonidan olingan natijalar bilan bir xil
bo'lsa, to'g'ri bo'ladi.
Ma'lumotlarga bog'liqlik asosida b ning to'g'ri yangilanishi dastur vazifalari
uchun vaqt ketma- ketligini amalga oshirishning yon mahsulotidir. 8-11-boblarda
ishlab chiqilgan ma'lumotlarni rejalashtirish strategiyalarining barchasi algoritm
o'zgaruvchilarini yangilash uchun to'g'ri ketma- ketlikni aniqlaydi. Bu keshni
yangilash ketma-ketligini aniqlash uchun ko'rsatma bo'lib xizmat qiladi.
Umumiy xotira tizimida protsessorlar tomonidan umumiy o'zgaruvchilar
qiymatlarini yangilash kutilmoqda. Kesh xotiralarining mazmuni umumiy xotira
mazmuniga mos kelishini ta'minlash uchun kesh kogerentlik protokolidan
foydalanish kerak. Ikkita asosiy kesh muvofiqlik protokollari mavjud:
1. Katalog protokollari
2. Snoopy protokollari

Katalog protokollari yordamida kesh muvofiqligi
Katalog protokollari yordamida kesh uyg'unligini saqlashning asosiy
komponentlari 3-rasmda ko'rsatilgan. Protsessorlar bilan bog'langan mahalliy
keshlarda mahalliy keshlarda saqlangan umumiy o'zgaruvchilarning nusxalarini
yangilashni muvofiqlashtirish uchun mahalliy kesh kontrollerlari mavjud.
Markaziy boshqaruvchi tizim uchun kesh kogerensiyasini ta'minlash uchun
javobgardir. Umumiy xotiraning bir qismi har bir umumiy blokning holatini
bildiruvchi yozuvlarni saqlaydigan katalogdir. Katalogdagi har bir yozuvning
tuzilishi foydalanilgan katalog protokolini amalga oshirish tafsilotlariga bog'liq.
Markaziy boshqaruvchi mahalliy kesh so'rovlarini boshqaradi va umumiy
o'zgaruvchilar holatidagi har qanday o'zgarishlar to'g'risida mahalliy kesh
boshqaruvchilarini xabardor qilish uchun javobgardir. O'zaro ulanish tarmog'i
kontrollerlar va keshlar va umumiy xotira o'rtasidagi aloqani ta'minlaydi.
4.4 - rasmda to'liq - xarita katalogi protokoli tafsilotlari ko'rsatilgan. Har bir
yozuv n + 2 bitni o'z ichiga oladi, bu erda n - protsessorlar soni. Rasmda biz n = 8
deb faraz qildik. D etiketli bit ma'lumotlarning haqiqiyligini (0) yoki
o'zgartirilganligini (1) ko'rsatadi.
3-rasm Katalog protokollari yordamida kesh muvofiqligi uchun tizim
komponentlari.

4-rasm To'liq - xarita katalogiga asoslangan sxema.
5-rasm Snoopy protokollari yordamida kesh kogerentligi uchun tizim komponentlari.
X etiketli bit yangilanish ma'lumotlarini (B) har bir protsessorga uzatishni yoki
ma'lumotlarning translyatsiya qilinmasligini (NB) ko'rsatadi. Rasmdan ko'ramizki,
agar ko'rsatilgan yozuvga mos keladigan blok o'zgartirilsa, u holda bu o'zgarish
haqida faqat 1 va 4 protsessorlardagi keshlar xabardor bo'lishi kerak.
To'liq xaritali katalog sxemasi umumiy bloklarning joylashishini aniq biladi.
Ushbu nusxalar bilan bog'langan keshlar ma'lum umumiy blok bilan bog'liq
muvofiqlik harakatlarida ishtirok etadi. Biroq, sxema o'zgarmasdir, chunki barcha
muvofiqlik operatsiyalari markaziy boshqaruvchiga yo'naltirilishi kerak. Bu to'siq
bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, har bir yozuvning o'lchami protsessorlar soniga
to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va protsessorlar soni o'zgarganda o'zgartirilishi
kerak.

Snoopy protokollari yordamida kesh muvofiqligi
5-rasmda snoopy protokollari yordamida kesh muvofiqligi uchun asosiy
komponentlar ko'rsatilgan. Katalog protokollaridan farqli o'laroq, snoopy
protokollari umumiy xotiradagi katalog yoki markaziy boshqaruvchidan
foydalanmaydi. Blok bilan bog'liq muvofiqlik harakatlari mahalliy kesh va
umumiy xotira o'rtasida bog'lanadi. Ushbu operatsiyalar boshqa barcha mahalliy
keshlar tomonidan nazorat qilinadi. O'zaro bog'lanish tarmog'i har bir protsessor
tarmoqdagi barcha harakatlarni kuzatish imkoniyatiga ega bo'lishi uchun
ma'lumotlarni uzatishning translyatsiyasini qo'llab-quvvatlashi kerak. Umumiy
avtobus ushbu translyatsiya rejimiga mos keladi, chunki har bir avtobus
tranzaksiyasi avtobusga ulangan barcha protsessorlar tomonidan osongina sezilishi
mumkin. Biroq, umumiy avtobus cheklangan tarmoqli kengligiga ega, bu har
qanday vaqtda faqat bitta tranzaktsiyani amalga oshirishga imkon beradi.
Xotirani yozish operatsiyasi har qanday protsessor tomonidan amalga
oshirilganda, boshqa barcha protsessorlar bu operatsiya ularga tegishli yoki
yo'qligini hal qiladi. P
i protsessorining yozish jarayoni P
j protsessoriga tegishli
bo'ladi, agar u P
i tomonidan kirish blokining nusxasi bo'lsa. Keshni yangilash
siyosati asosida P
j uchun ikkita variant mavjud. Yaroqsizligiga asoslangan siyosat
bo'lsa, P
j o'zining b nusxasini bekor qiladi. Keyin u keshdan ma'lumot kerak
bo'lganda b ni umumiy xotiradan ko'chiradi. Yangilangan siyosat bo'lsa, P
j
umumiy xotira yangilanayotganda yoki undan keyin boshqa vaqtda avtobusda
mavjud ma'lumotlardan foydalangan holda b nusxasini almashtiradi.

Sinxronlashtirish va o'zaro chi qarish
Umumiy o'zgaruvchida ishlaydigan har bir jarayon yoki ish zarrachasi kritik
bo'lim deb ataladigan kod segmentiga ega, bu erda jarayon umumiy o'zgaruvchida
qiymatini o'zgartirib ishlaydi. Jarayon o'zining muhim qismini bajarayotganda,
biron bir protsessorda boshqa hech qanday jarayon uning muhim qismini
bajarishga ruxsat etilmaydi. 4.6-rasmda tanqidiy qismni o'z ichiga olgan kod
segmenti ko'rsatilgan. Jarayon kritik bo'lim kodiga yetganda, uni kiritish va ushbu
kod bo'limini faqat blokirovka olish mumkin bo'lgan taqdirdagina bajarishga ruxsat
beriladi. Jarayon tanqidiy qism bilan tugashi bilanoq, u qulfni bo'shatadi va muhim
qismdan keyin kodni bajarishga kirishadi. Agar ikkita yoki undan ortiq jarayon
muhim qismga etib borsa, qulfni olish uchun faqat bitta jarayonga ruxsat beriladi.
Boshqa barcha jarayonlar muhim qismning boshida kutiladi.
Dijkstra va Knut atomik o'qish va yozish operatsiyalari yordamida
sinxronizatsiya va o'zaro istisno qilishni ta'minlash mumkinligini ko'rsatdi. Atom
operatsiyalari xotiraning ma'lum bir joyga o'qish, o'zgartirish va yozish
operatsiyalari boshqa protsessorlarning aralashuvisiz bajarilishini ta'minlaydi.
Ushbu asosiy qobiliyat apparat tomonidan ta'minlanadi va yanada murakkab
dasturiy ta'minotni yaratishga imkon beradi algoritmlar. Past darajadagi apparat
atom operatsiyalariga misollar xotirani yuklash/saqlash va sinov va sozlashni o'z
ichiga oladi.
Ushbu past darajadagi sinxronizatsiya primitivlari dasturiy ta'minot tomonidan
qulflar, semaforlar, monitorlar va to'siqlar kabi yuqori darajadagi atom
operatsiyalarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Ko'p protsessorli tizimda
jarayon yoki ip qulf yoki to'siqni olganida ehtiyot bo'lish kerak. Qulfni qo'lga
kiritishni kutayotgan boshqa jarayonlar kechiktirilmasligi uchun qulfni ushlab
turish jarayonini oldindan o'tkazib yubormaslik kerak. Yechimlardan biri - xavfsiz
qulflashni ta'minlashdir.

6-rasm Oddiy kod ichidagi muhim bo'limni ko'rsatadigan kod segmenti.
Sinxronizatsiya jarayonlari yoki oqimlari uchta hodisani o'z ichiga oladi:
Qabul qilish: bu erda jarayon yoki oqim sinxronizatsiya primitivini olishga
harakat qiladi (masalan, mutex yoki to'siq)
Kutish: bu erda ip sinxronizatsiya primitivining mavjud bo'lishini samarali
kutadi.
Chiqarish: ish zarrachasi o'z ishini tugatgandan so'ng, u boshqa jarayonlar yoki
oqimlarni sinxronizatsiya primitivi mavjudligi haqida xabar berishi kerak. Bu
boshqa ish zarrachalariga primitivni olish yoki sinxronizatsiya hodisasidan
tashqarida davom etish imkonini beradi.
Sinxronizatsiya primitivining mavjud bo'lishini kutayotgan jarayon yoki oqim
kutish algoritmidan foydalanadi. Kutish algoritmi band - kutish yoki blokirovka
orqali amalga oshirilishi mumkin. Oxirgi tanlov markaziy protsessor (CPU)
resurslarini isrof qilmaydi, lekin ipni to'xtatib turish va davom ettirish uchun
ko'proq xarajatlarni talab qiladi. Bu band bo'lishining sababi - kutish vaqti qisqa
bo'lsa kutish ko'proq mos keladi va kutish muddati uzoq bo'lsa blokirovka qilish
mos keladi. Band - ko'p protsessorli tizimlarda kutish yaxshi miqyosda emas.
Kutish jarayonlari aslida o'z keshlaridagi nusxalar yordamida umumiy qulfni sinab

ko'radi. Biroq, qulf bo'shatilgandan so'ng, barcha jarayonlar ushbu yangi holat
haqida xabardor bo'ladi va umumiy xotirada bo'shatilgan umumiy qulfga kirishga
urinayotganda o'zaro ulanish tarmog'idan foydalanadi. Bu o'zaro bog'lanish
tarmog'ida trafikning ko'payishiga va xotira nizosiga olib keladi.
Sinxronizatsiya: qulflar
Kritik bo'lim muammosining har qanday yechimi qulfni talab qiladi. Bloklash
asosan umumiy manbaga kirishni ketma-ketlashtiradi, shunda faqat bitta jarayon
yoki oqim istalgan vaqtda o'zgaruvchini o'qiydi va o'zgartiradi. Ushbu bo'limning
boshida aytib o'tganimizdek, jarayon muhim bo'limga kirishdan oldin qulfni olishi
kerak.
6-rasmda ko'rsatilgan. Dasturni ishlab chiqishni soddalashtirish va ishlov berish
yukining bir qismini operatsion tizimdan olib tashlash uchun apparatda qulf
mavjud.
Muhim bo'lim bitta protsessorda umumiy o'zgaruvchida ishlayotganida
uzilishlarning oldini olish yordamida ishlov berilishi mumkin. Ushbu yechim ko'p
protsessorli tizimda amaliy emas, chunki barcha protsessorlar uzilishni o'chirish
haqida xabardor bo'lishi kerak. Ushbu xabar protsessorlar orasida uzatilayotganda
vaqt behuda ketadi.
Qulflash apparatda maxsus atom TestAndSet () ko'rsatmasi bilan ta'minlangan.
Ushbu ko'rsatma qulfning qiymatini (sinov qismi) qaytaradi va tugagandan so'ng
qulfning qiymatini 1 ga o'rnatadi.
Bloklash xotiradagi qiymat bo'lib, unda o'qish - o'zgartirish - yozish
operatsiyasi ushbu buyruq yordamida atomik tarzda amalga oshiriladi. Atom
TestAndSet () funktsiyasi apparatda amalga oshiriladi, ammo psevdokod quyidagi
tarzda tasvirlangan:
1: boolean TestAndSet (boolean *lock)
2: {
3: boolean v = *lock; // Test (read) operation
4: *lock = TRUE; // Modify (set) and Write operations
5: return v;

6: }
1-qator funktsiyani e'lon qiladi va uning tanasini belgilaydi.
3-qator qulfning qiymatini o'qish orqali atom ko'rsatmasining sinov qismini
bajaradi.
4-qator qulfni o'zgartiradi va qulfning qiymatini yangilaydi. Agar qulf dastlab
TRUE bo'lsa, yana TRUE yozish bilan hech qanday zarar bo'lmaydi. Biroq, agar
qulf FALSE bo'lsa, u holda qulf mavjud bo'ladi va jarayon v o'zgaruvchisi orqali
bu fakt haqida ma'lumot oladi. Jarayon, shuningdek, boshqa jarayonlar uchun
mavjud bo'lmasligi uchun qulfni TRUE ga atomik tarzda o'rnatadi.
5-qator muhim qismga kirish yoki kirmaslik haqida qaror qabul qilish uchun
jarayon tomonidan ishlatiladigan qulfning asl qiymatini qaytaradi.
TestAndSet () funktsiyasidan endi qulf mavjud bo'lganda yoki qulf mavjud
bo'lishini kutayotganda, kritik bo'limga kirishni boshqarish jarayoni quyidagi
tarzda ishlatilishi mumkin:
1: Code before critical section
2:
3: // Attempt to acquire lock
4: while (TestAndSet (&lock))
5: ; // no action and continue testing lock
6:
7: // Start of critical section
8: critical section code
9: // End of critical section
10: lock = FALSE; // release lock
11:
12: Code after critical section
1-qator kritik qismdan oldingi oddiy kodni ifodalaydi.
4-qatorda jarayon cheksiz WHILE siklida qulfning qiymatini sinab ko'radi.
Agar blokirovka qiymati FALSE bo'lsa, tsikl tugaydi va jarayon qulfni oladi va
uning muhim qismini bajarishga davom etadi. 8-qator kritik qismni ifodalaydi.

10-qator muhim qismning oxirida qulfni chiqaradi. 12-qator muhim qismdan
keyingi koddir.
Bu erda kompyuter aloqalari yoki tarmoqlarida blokirovka va o'rta kirishni
boshqarish (MAC) muammosini olishga urinish jarayonlarining o'xshashligini
ta'kidlash kerak. 4-jadvalda telekommunikatsiyalarda o'zaro istisno va MAC
o'rtasidagi o'xshashliklar jamlangan.
Sinxronizatsiya: Mutex
Muteks M ikkilik son bo'lib, u 0 va 1 qiymatlariga ega bo'lishi mumkin, bu o'zaro
istisno qilishda foydalidir. Muteksga dastlab 1 qiymati beriladi, bunda unga kerak
bo'lgan har qanday ip o'zining muhim bo'limiga kirishi mumkin.
O'zaro chiqarish MAC
Tanqidiy qism O'tkazilgan paket
Jarayon / ip Foydalanuvchi/tugun
Qulflash Kanal
Qulf olindi Tugun tomonidan olingan kanal
Qulf mavjud Kanal bepul
Qulf mavjud emas Kanal band
Qulfni oching Translyatsiyaning tugashi
Sinov qulfi Kanal holatini tekshiring
Band - kutish Foydalanuvchi orqaga o'chirish
rejimida
Ip mutexni qo'lga kiritib, uning kritik qismiga kirganda, uning qiymatini
kamaytirish orqali uni qulflaydi. Ip o'zining kritik qismi bilan tugagach, uning
qiymatini oshirish orqali mutexni chiqaradi. Qulf ishlatilayotgan vaqtda kritik
mintaqaga kelgan har qanday ip kutadi, chunki mutex allaqachon 0 da. Natija
shuki, ko'pi bilan bitta ip kritik bo'limga kirishi mumkin va u chiqib ketgandan
keyingina boshqasi kirishi mumkin. Ushbu turdagi qulflash strategiyasi ko'pincha
umumiy global o'zgaruvchiga kiradigan kodni ketma-ketlashtirish va o'zaro
ta'minlash uchun ishlatiladi.

chiqarish.
Muteksga qo'llash uchun ikkita asosiy atom operatsiyasi mavjud: wait() va
signal(). Ushbu ikki operatsiya uchun psevdokodlar quyidagicha:
1: wait (M)
2: while M <= 0
3: { 1: signal (M)
2: {
3: M ++ ; // increment M
4: ; // do nothing 4: }
5: M––; // decrement M if it is 1
6: }
wait() mutex M = 0 bo'lganda ipni o'zining kritik bo'limiga kirishini samarali
tarzda oldini oladi. M = 1 bo'lishi bilan ip o'zining kritik qismini bajarishga
kirishishi mumkin.
POSIX iplar kutubxonasida wait() funksiyasi kutubxona chaqiruvi pthread
mutex lock(mutex *M) yordamida amalga oshiriladi. signal() funktsiyasi
kutubxona chaqiruvi pthread mutex unlock (mutex *M) yordamida amalga
oshiriladi.
wait() va signal() funksiyalari endi qulf mavjud bo'lganda yoki blokirovka mavjud
bo'lishini kutayotganda kritik bo'limga kirishni nazorat qilish uchun jarayon
tomonidan ishlatilishi mumkin:
1: Code before critical section
2:
3: // Attempt to acquire mutex
4: wait(M);
5: ; // no action and continue testing mutex
6:
7: // Start of critical section
8: critical section code
9: // End of critical section
10: signal(M); // release mutex
11:
12: Code after critical section

Aytishga hojat yo'q, dasturchi muhim bo'lim to'g'ri kutish () va signal ()
funktsiyalari chaqiruvlari va to'g'ri tartibda o'ralganligini ta'minlashi kerak. Buni
qilmaslik noto'g'ri natijalarga olib keladi, ularni kuzatish qiyin.
Sinxronizatsiya: to'siqlar
Oldingi ikki bo'limda muhokama qilgan qulflar va mutekslar misollari bir nechta
vazifalar yoki mavzular muhim bo'limlaridagi umumiy o'zgaruvchilar ustida
ishlaganda ishlatilgan. Sinxronizatsiya to'sig'i, aksincha, bir nechta mustaqil
vazifalar yoki iplar parallel ravishda bir nechta ishlarni bajarish uchun ishlatilsa
ishlatiladi. Ushbu mavzular orasida umumiy o'zgaruvchilar mavjud emas.
Sinxronizatsiya to'sig'i voqealarni sinxronlashtirish uchun ishlatiladi, bunda qolgan
vazifalarni bajarishga ruxsat berilgunga qadar belgilangan miqdordagi vazifalar
bajarilishi kerak. To'siq ketma-ket - parallel algoritmlarni (SPA) amalga oshirish
uchun juda foydali bo'ladi, bu erda algoritmni bajarishning keyingi holatiga
o'tishdan oldin bir nechta parallel vazifalar bajarilishi kerak. 4.7-rasmda a
parallel vazifalar o'rtasida to'siqlar qo'llaniladigan SPA misoli. Rasmda bizda besh
bosqichdan iborat SPA mavjud va biz har bir vazifani ip bilan bajarishimiz kerak
deb taxmin qildik. Har bir bosqichda bajariladigan parallel vazifalar soni ikkitadan
to'rttagacha o'zgaradi. Keyingi vazifaga o'tishdan oldin har bir bosqichdagi
vazifalar bajarilishini ta'minlash uchun biz ko'rsatilgandek to'siqlarni
joylashtiramiz. Buyruqlar to'sig'i (j) keyingi vazifalar to'plami davom ettirilishidan
oldin j vazifalar/iplar to'siqqa etib borishi kerakligini bildiradi.
POSIX mavzular kutubxonasi to'siq ob'ektini va uni yaratish funktsiyalarini
belgilaydi va sinxronizatsiya uchun undan foydalanadigan iplarni yaratadi.

7-rasm Sinxronizatsiya to'siqlarini ketma-ket - parallel algoritmlarda qo'llash misoli. Har bir
vazifa o'z ish zarrachasi tomonidan bajarilishi kerak.
To'siqni ishga tushirish uchun quyidagi tartib qo'llaniladi:
1: #include < pthread.h >
2: pthread barrier t barrier;
3: pthread barrierattr t attribute;
4: unsigned count;
5: int return value;
6: return value = pthread barrier init(&barrier, &attribute, count);
1-qator pthread kutubxonasi bilan bog'liq funksiyalar va ma'lumotlar turlarini
qo'shadi.
2-qatorda to'siq turi to'siq bo'lishini belgilaydi.
3-qator atributlarni to'siq atributlari turini belgilaydi.
4 va 5 qatorlar boshqa ma'lumotlar turlarini belgilaydi, bunda hisoblash to'siqni
davom ettirishdan oldin kelishi kerak bo'lgan iplar soni.
6-qator to'siqni ishga tushiradi va funktsiya chaqiruvining muvaffaqiyatini kuzatish
uchun o'zgaruvchining qaytish qiymatini qaytaradi. Muvaffaqiyatli bajarish uchun
qaytarish qiymati nolga teng. 1-bosqich 2-bosqich
3-bosqich 4-bosqich 5-bosqich
Kirish
chiqish
to’siq (2)
to’siq (3)
to’siq (4) to’siq (3)

To'siq tomonidan sinxronlashtirilayotgan iplar quyidagi kodni o'z ichiga oladi:
1: Code before the barrier
2:
3: // Wait at the barrier
4: ret = pthread barrier wait(&barrier);
5:
6: Code after the barrier
bu turdagi to'siq to'siqni init() dasturi yordamida ishga tushirildi.
Sinxronizatsiya primitivlarini solishtirish
Eng asosiy sinxronizatsiya ibtidoiy qulf bo'lib, xotiradan foydalanish va bajarish
vaqtida eng samarali hisoblanadi [42]. Qulf asosan umumiy manba yoki umumiy
o'zgaruvchiga kirishni ketma-ketlashtirish uchun ishlatiladi.
Muteks qulfdan ko'ra ko'proq xotiradan foydalanadi. Muteks umumiy
o'zgaruvchini o'zgartirishdan oldin olinishi kerak. Ip o'zining kritik bo'limi bilan
tugagandan so'ng, u mutexni bo'shatishi kerak, shunda boshqa iplar o'zlarining
muhim bo'limlari bilan davom etishi mumkin.
To'siq voqealarni sinxronlashtirish mexanizmi sifatida ishlatiladi, shuning
uchun barcha oqimlar kodning qolgan qismi bajarilishidan oldin ma'lum bir
nuqtaga etib boradi.

Foydalanilgan adabiyotlar:
1. M. Wehner , L. Oliker , and J. Shalf . A real cloud computer . IEEE Spectrum , 46
( 10 ): 24 – 29 , 2009 .
2. B. Wilkinson and M. Allen . Parallel Programming Techniques & Applications
Using Networked Workstations & Parallel Computers , 2nd ed . Toronto, Canada
: Pearson , 2004 .
3. A. Grama , A. Gupta , G. Karypis , and V. Kumar . Introduction to Parallel
Computing , 2nd ed . Reading, MA : Addison Wesley , 2003 .
4. Standards Coordinating Committee 10, Terms and Definitions . The IEEE
Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms , J. Radatz , Ed. IEEE ,
1996
5. F. Elguibaly (Gebali) . α - CORDIC: An adaptive CORDIC algorithm . Canadian
Journal on Electrical and Computer Engineering , 23 : 133 – 138 , 1998 .
6. F. Elguibaly (Gebali) , HCORDIC: A high - radix adaptive CORDIC algorithm .
Canadian Journal on Electrical and Computer Engineering , 25 ( 4 ): 149 – 154 ,
2000 .
7. J.S. Walther . A unified algorithm for elementary functions . In Proceedings of
the 1971 Spring Joint Computer Conference , N. Macon , Ed. American
Federation of Information Processing Society, Montvale, NJ, May 18 – 20 ,
1971 , pp. 379 – 385 .
8. J.E. Volder . The CORDIC Trigonometric Computing Technique . IRE
Transactions on Electronic Computers , EC - 8 ( 3 ): 330 – 334 , 1959 .

Umumiy xotirali multiprotsessorlar Reja: 1. Kirish 2. Kesh uyg’unligi va xotiraning barqarorligi 3. Sinxronlashtirish va o'zaro chi qarish 4. Foydalanilgan adabiyotlar

Kirish Umumiy xotirali protsessorlar oddiy va umumiy dasturlash modeli tufayli mashhur bo'lib, bu kod va ma'lumotlarni almashishni qo'llab-quvvatlaydigan parallel dasturiy ta'minotni oddiy ishlab chiqish imkonini beradi. Umumiy - xotira protsessorlari barcha protsessorlar uchun yagona jismoniy manzil maydonini ta'minlaydi va har bir protsessor o'zining mahalliy xotirasi va keshidan foydalangan holda o'z dasturini ishga tushirishi mumkin. Protsessorlar, shuningdek, alohida modullarda joylashtirilgan umumiy xotiradan foydalanish imkoniyatiga ega. Protsessorlar har qanday protsessorgaot ir ajhausaqitanjrciumn umumiy o'zgaruvchilar yordamida aloqa qiladilar. Umumiy xotirali ko'p protsessorli tizimda xotira 1- rasmda ko'rsatilganidek, ierarxik tarzda tashkil etilgan. Rasmda n t a protsessor va b umumiy xotira moduliga ega tizim ko'rsatilgan. Har bir protsessor o'zining ichki registrlariga, keshiga va mahalliy xotirasiga ega. Kesh protsessor tomonidan ishlatiladigan barcha ma'lumotlarni saqlaydi. Mahalliy xotira boshqa protsessorlar bilan bo'lishish uchun mo'ljallanmagan mahalliy o'zgaruvchilarni saqlaydi. Umumiy xotira protsessorlar o'rtasida almashinishi kerak bo'lgan umumiy o'zgaruvchilarni saqlaydi. O'zaro ulanish tarmog'i bir vaqtning o'zida bir nechta protsessorlarga tarmoq orqali turli xil umumiy xotira modullariga kirish imkonini beradi. Bu bir vaqtning o'zida bir nechta xotirani o'qish/yozish operatsiyalarini bajarishga imkon beradi. Bu umumiy xotira protsessorlarida ikkita muhim fikrni keltirib chiqaradi: 1. Kesh kogerentligi 2. Sinxronizatsiya va o'zaro istisno

1-rasm Umumiy – xotira protsessorlari. Har bir protsessorda mahalliy kesh va mahalliy xotira mavjud. Barcha protsessorlar umumiy xotira modullariga ulanish tarmog'I orqali kirishlari mumkin. Kesh uyg’unligi va xotiraning barqarorligi Protsessorlarga shaxsiy keshlarni ulash xotiraning kechikishini protsessor tezligiga moslashtirish orqali dasturning bajarilishini tezlashtiradi. Shunday qilib, o'qish, yozish operatsiyalari arifmetik va mantiqiy birlik (ALU) operatsiyalari bilan bir xil vaqtni oladi. 1-jadvalda kesh uyg'unligini tavsiflash uchun foydalaniladigan terminologiya berilgan. Kesh foydalidir, chunki ko'pgina vazifalar yoki ilovalar vaqtinchalik va fazoviy joylashuvni ko'rsatadi . Vaqtinchalik joylashuv yaqin kelajakni anglatadi. Fazoviy joylashuv yaqin kelajakda joriy ma'lumotlarga yaqin joylashgan ma'lumotlardan foydalanishni anglatadi. Shu sababli, umumiy xotira va keshlar o'rtasidagi ma'lumotlarni yuklash/saqlash operatsiyalari bloklar rordamida amalga oshiriladi . 2- rasmda umumiy xotirada saqlanadigan bloklar va ularning ma'lum bir protsessor keshidagi nusxalari o'rtasidagi munosabat ko'rsatilgan. Kesh ba'zi bloklarni feg yordamida saqlaydi, bu blokning manzilini umumiy xotirada saqlaydi. Keshda saqlangan har bir blok satr deb ataladigan qator sifatida saqlanadi. Mahalliy kesh Mahalliy xotira Umumiy xotira modullari

Bir qator quyidagi komponentlarni o'z ichiga oladi: 1. Satrdagi ma'lumotlar umumiy xotiradagi blok bilan mos keladimi yoki yo'qligini ko'rsatish uchun yaroqli bit ( V ) 2. Keshdagi satr manzili bo'lgan indeks 3. Umumiy xotiradagi blok manziliga ishora qiluvchi teg 4. Blokda saqlangan ma'lumotlarni o'z ichiga olgan ma'lumotlar. Umumiy xotira tizimlari uchun keshlar, shuningdek, xotira ziddiyatlarini bartaraf etishga yordam beradi ikki yoki undan ortiq protsessorlar bir xil xotira moduliga kirishga harakat qilganda. Umumiy xotirada saqlangan ma'lumotlarning nusxalari saqlangan nusxalarga mos kelishi kerak mahalliy keshlarda. Bu kesh uyg'unligi deb ataladi . Umumiy o'zgaruvchining nusxalari, agar ularning barchasi teng bo'lsa , kogerent ao'ladi. Agar protsessor tomonidan har bir o'qish operatsiyasi oldingi yozish natijasida hosil bo'lgan qiymatni topsa, keshlar samarali hisoblanadi. Kesh uyg'unligi dasturning to'g'ri bajarilishini ta'minlash va tizimning yuqori ishlashini ta'minlash uchun muhimdir. 1-jadval Kesh muvofiqligini tavsiflash uchun foydalaniladigan terminologiya Terminlari Ma'nosi Bloklash Umumiy xotirada saqlanadigan qo ' shni so ' zlar yoki ma ' lumotlar guruhi Translyatsiya Ma'lumot barcha keshlarga yuborilganda Kesh Xotiraga kirish vaqtini qisqartirish va protsessorlar o ' rtasidagi umumiy xotira to ' qnashuvlarini kamaytirish uchun protsessor bilan bir xil chipda amalga oshiriladigan kichik yuqori tezlikli xotira Kesh uyg’unligi Umumiy xotiradagi blokning tarkibi va turli keshlar bir xil emas.

Kesh muvofiqligini saqlash protokoli siyosati kesh uyg'unligini saqlash uchun amalga oshirildi Kogerent tizim Umumiy xotiradan blokning har bir o ' qilishi , boshqa har qanday oxirgi yozma tomonidan ishlab chiqarilgan bir xil ma ' lumotlarni topsa protsessor Global ma'lumotlar Umumiy xotirada saqlangan ma'lumotlar Chiziq Tegi va yaroqli biti bilan keshda saqlanadigan blok Mahalliy ma'lumotlar Keshda saqlangan ma'lumotlar O'zgartirilgan blok Keshdagi blok ma ' lumotlari umumiy ma ' lumotlarda yangilanmagan xotira Multicast Ma'lumot barcha keshlarga emas, balki ba'zilariga yuboriladi. O'zgartirish Yangisiga joy ochish uchun keshdan blokni olib tashlash blok Fazoviy joylashuv Xuddi shu blokdagi ma ' lumotlar qisqa vaqt ichida ishlatiladi . Vaqtinchalik joylashuv Blokdagi ma ' lumotlar so ' zi qisqa vaqt ichida ishlatiladi . Unicast Ma'lumot faqat bitta keshga yuboriladi. Yaroqli Blok tarkibi yangilangan. Yozing - orqaga Umumiy xotiradagi blok keshdagi tegishli blok almashtirilganda yangilanadi . Yozing - orqali Umumiy xotiradagi blok keshdagi tegishli blok o ' zgartirilganda yangilanadi . Faraz qilaylik , ikkita protsessor , P 1 va P 2, ularning ikkita alohida keshlarida saqlangan bir xil umumiy o ' zgaruvchilardan foydalaning . Agar P 1 o ' zining mahalliy qiymatini o ' zgartirsa , biz P 2 o ' zgarishlardan xabardor ekanligiga ishonch hosil qilishimiz kerak .

O'xshashlar

Pthreads bilan Umumiy xotirali dasturlash

MPI bilan taqsimlangan xotirali dasturlash

Muloqotchanlikning umumiy darajasi

UMUMIY PSIXOLOGIYANING PREDMETI

ADABIYOTNING UMUMIY XUSUSIYATLARI