共享存儲多處理機系統是包含具有統一地址空間的共享存儲器，各個處理機通過共享變數進行通信與同步，各處理機聯繫密切，實現高度的資源共享，因而又稱為緊密耦合併行處理系統或緊耦合併行計算機。如果所有的處理機都有相同的權力訪問外部設備，即每個處理機都可以運行作業系統、回響中斷，沒有主從之分， 則稱這種多處理機系統為對稱式多處理機(SMP)系統。反之，如果只有1個主處理器執行作業系統，回響外設請求，其它的多個處理器只能運行用戶程式， 這種結構的多處理機系統稱為主從式多處理機系統。
基本介紹
- 中文名：共享存儲多處理機系統
- 外文名：Shared storage multiprocessor system
- 領域：多處理機系統
- 特點：統一地址空間共享存儲器
- 類別：對稱式和主從式多處理機系統
- 特點：支持細粒度或中粒度並行
簡介,存儲器組織分類,對稱式和主從式多處理機系統,
簡介
多處理機系統由多台獨立的處理機組成，每台處理機都能夠獨立執行自己的程式和指令流，相互之間通過專門的網路連線，實現數據的交換和通信，共同完成某項大的計算或處理任務。系統中的各台處理機由統一的作業系統進行管理，實現指令級以上並行，這種並行性一般是建立在程式段的基礎上，也就是說，多處理機的並行是作業或任務級的並行。共享存儲多處理機系統是指是指有一個可以被所有處理機訪問的存儲器系統。存儲器系統由一個或多個存儲器模組組成，所有的存儲器模組使用一個統一的編址的地址空間。處理機可以用不同的地址訪問不同的存儲器模組。按存儲器組織方式分類，共享存儲多處理機系統分為集中式共享存儲器系統和分散式式共享存儲器系統。
存儲器組織分類
集中式共享存儲器系統
處理機數目較少的多處理機，各個處理機可以共享單個集中式存儲器。在使用大容量Cache的情況下，單一存儲器（可能是多組）能夠確保小數目處理機的存儲訪問得到及時回響。對所有的處理器而言是對等的，既每個處理機訪問存儲器的時間相同，也稱為對稱式共享存儲器多處理機系統(SMPs)，這種系統結構也稱為均勻存儲器訪問（UMA）。大容量、多層次的Cache能夠大量減少單個處理機對存儲器頻寬的要求，減少訪問時延，減少多個處理機同時讀取共享數據時的競爭現象。集中式共享存儲的主要缺點是擴展性差，難以構成大規模並行系統。
分散式式共享存儲器系統
為了支持更多的處理機，存儲器不能按照集中共享方式組織，而必須分布於各個處理機。否則由於訪問衝突以及匯流排頻寬的限制，當處理機數量很大時，訪問延遲就會很大。分散式存儲器多處理機由多個獨立結構組成，每個節點包括處理機（可以多個）、存儲器、輸入輸出系統和網際網路的接口，各個節點通過網際網路連線在一起。共享存儲器也可以分布在各個處理機中， 構成分散式共享存儲多處理機系統，這種系統既具有共享存儲編程容易等優點 ，又有很強的擴展性，但實現較困難，特別是保持高速快取的一致性需要專門的機制。
對稱式和主從式多處理機系統
對稱式多處理機是一種多處理器的計算機硬體架構，在對稱多處理架構下，每個處理器的地位都是平等的，對資源的使用許可權相同。現代多數的多處理器系統，都採用對稱多處理架構，也被稱為對稱多處理系統（Symmetric multiprocessing system）。在這個系統中，擁有超過一個以上的處理器，這些處理器都連線到同一個共享的主存上，並由單一作業系統來控制。在多核心處理器的例子中，對稱多處理架構，將每一個核心都當成是獨立的處理器。在對稱多處理系統上，在作業系統的支持下，無論進程是處於用戶空間，或是核心空間，都可以分配到任何一個處理器上運行。因此，進程可以在不同的處理器間移動，達到負載平衡，使系統的效率提升。在計算領域，對稱多處理是一種多處理機硬體架構，有兩個或更多的相同的處理機（處理器）共享同一主存，由一個作業系統控制。當前最常見的多處理機系統使用了對稱多處理架構。以多核處理器為例，對稱多處理架構就是這些核，它把這些核當作不同的處理器。不同的處理器之間可以由匯流排、矩陣開關或片上mesh網路來連線。使用匯流排或矩陣開關的對稱多處理架構有可擴展性方面的瓶頸，它是由處理器之間連線的頻寬、能耗，以及記憶體和磁碟陣列等引起的。使用mesh連線的架構避免了這些瓶頸。它能夠支持更多數量的處理器，具有幾乎線性的可擴展性，代價是犧牲可程式性。優點是並發度很高，但是由於系統匯流排的頻寬是有限的，故處理器的數目是受限的。對稱式多處理機系統將控制功能分散給多台處理機，共同完成對整個系統的控制工作。每個處理機均有各自的管理程式(作業系統的核心)。優點：每個處理機都有其專用的管理程式，故訪問公用表格的衝突較少，阻塞情況自然也就較少，系統的效率較高。每個處理相對獨立，因此一台處理機出現故障不會引起整個系統崩潰。
主從式多處理機系統主從式多處理機系統是由一台主處理機進行系統的集中控制，負責記錄、控制其它從處理機的狀態，並分配任務給從處理機。 優點：硬體和軟體結構相對簡單缺點：對主處理機可靠性要求很高，當不可恢復錯誤發生時，系統容易崩潰，此時必須重新啟動主處理機。系統靈活性差，在控制使用系統資源方面效率也不高。
