科技创新研究国际杂志
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赫曼特D瓦沙瓦一号杰格迪什M拉多德2
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更重要的是优化分布式系统特征以获取最大性能分布式系统共享存储器是一种机制,允许系统多处理器访问共享数据而不使用插接通信dsm系统简单而强势模式构建多处理器系统它可以使用硬件和/或软件方法设计,方法基于多处理器环境中数据共享的各种考虑软件设计dsm比较好,因为共享数据成为一个问题,需要很容易地用软件解决,而不是像多处理器系统那样用硬件解决。论文讨论了基于粒度数据共享像基于对象共享变量基础和页面基础特征和缺陷的各种设计方法这项研究还描述DSM需求、软件DSM设计优于硬件设计、并存复制语义、DSM算法和DSM多处理器环境底层参数的各种问题
关键字 |
| 进程间通信、分布式共享存储器、分布式全球地址空间、大尺度集成 |
导 言 |
| 分布式存储器是一种机制,允许用户多处理器访问共享数据而不使用进程间通信构建多处理器系统时,底层硬件和/或软件必须在处理器间移动数据项(模拟内容),提供全球共享地址空间假象分布式共享存储器 并称分布式全局地址空间dsm系统涉及数据从节点移到传统网络中的另一个节点,因此带宽和性能是设计的重要标准大规模集成技术最近开发产生单片多处理器的可能性需要共享数项资源,特别是芯片外资源,这对设计过程产生新约束[1]VLSI技术的这些演化现在有可能将全系统与单片DSM整合,新约束必须在这种环境中加以考虑:服务质量、带宽、扩展、安全性、存取延迟性、电耗和存储力、性能等[1]分布式系统进化使用消息传递作为其松散连接系统的主要通信方法,并紧连系统使用处理器共享存储器 |
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| 图1显示内存分布系统组织,这些系统有各种优缺点。分布式共享存储器进程透明分享数据跨节点边界、数据故障、定位和运动由底层系统处理dsm系统代表两个并行计算机类成功组合共享存储器分布式存储器内存共享系统提供物理分布存储器并因此合并两种方法的长处[2]分布式共享存储器可实现两种方式一种使用硬件分割法使用软件组件二是软件DSM系统可划分为三大类:页面化变量化对象化各种DSM实施如下[3]面向对象-它需要特殊编程语言特征来确定远程机内存何时存取共享变量基础-它要求自定义编译器对程序代码添加特殊指令以便检测远程访问页面基础-它使用存储管理单元捕捉远程访问尝试 |
二.需要dsm |
| 共享数据是分配系统的基本要求同时,处理器设计用户当前升级仍要求并行处理器提高性能,处理器设计需要升级,以便用共享内存提高性能归根结底,单处理器技术必须让位多处理器并行计算机,仿佛协同操作10台廉价处理器比快速购买10倍新计算机便宜需要设计分布式共享存储器 供所有并行处理器访问解决方案分配并并行系统通信分布共享存储器优化处理器和存储器之间的偏差 需要调查新架构设计 容易扩展今后凡需要改变系统设计或增加新未来时,应可扩展 |
三.为何自封dsm |
| 编程分布式存储多处理器环境有各种优点如下: |
| 共享数据成为问题,必须在软件中解决,而不是像多处理器系统那样硬件中解决。 |
| 共享存储程序通常短易理解 |
| 大或复杂数据结构很容易传递 |
| 编程共享内存是一个深知问题 |
| 共享存储器提供透明进程对进程通信 |
| 紧凑设计易实现扩展 |
四.DSM设计题 |
| 分布式存储器展示全地址空间全景机器上DSM管理器将捕捉机上运行中的任何进程所生成的所有远程数据存取DSM实施需要各种选择其中一些为下文[5] |
| DSM算法M实现层次DSM机制、同时存取语义、语义学(复制/部分/完全/R/W)、命名方法必须用于访问远程数据、复制位置(优化)、系统一致性模型和数据块化、数据复制或缓存、HW或SW远程存取、HW或SW控制缓存/复制 |
| DSM受存储管理SWOS语言运行时间系统控制 |
| A.dsm算法实施dsm处理两个基本问题第一,静态动态分布全系统共享数据以尽量减少延迟性二是维护共享数据一致性视图,同时尽量减少一致性管理间接费分发共享数据的两个常用策略是复制和迁移[6]复制允许多拷贝同数据项存放在不同局部存储器中迁移意味着在任何一个时间都只存有数据项单拷贝减少一致性管理间接费 用户偏爱这个策略 当相序写分享模式流行 |
| .b.命名方法[7]处理器想访问远程数据时,它必须知道数据所居机并从那里取出所有共享数据可见所有机器, 它必须是一个唯一命名机制以避免冲突可能的解决方案是拥有逻辑全局地址空间VM管理器在每个节点执行逻辑地址翻译以获取远程机定位但是,如果共享数据粒度小于一页,这种办法将无用。在此,调用过程必须拥有它想访问的数据远程位置的明确知识 |
| C.一致性模型选择跨多节点共享数据可能的复制意味着不同机器有不同数据拷贝因此DSM必须保持相同数据拷贝状态一致性[7]问题类似于多处理器缓存一致性 |
| 公元前粒度粒度表示数据单元大小分布式共享存储器这是一项重要决策,基本规范dsm执行多处理器共享存储器即时继承器将有一个页面作为数据传输单元但它有自己的缺陷[7] |
| E.HW或SW远程高效共享分布式系统内存储器有望大大提高系统运行大型存储集成作业时性能和成本效益兴趣点是内存共享性能所需的硬件支持我们评价两种模型性能:软件专用模型运行传统分布式系统配置并需要操作系统支持访问远程内存硬件密集模型使用专用网络接口扩展存储系统,允许直接存取远程存储器 |
| F.并发存语义与存储相关时,它能同时从两条不同路径获取特定数据(负载平衡)或由两个单独的主机分布环境访问数据(分布式锁管理)。问题在于两个主机同时尝试修改数据需要锁管理器允许主机合作访问数据并发访问的适当语义需要实施 管理并发访问 |
V级DSM设计方法 |
| 设计DSM对分布式系统多处理器有用, 我们选择允许多阅读器访问共享内存区提高性能并节省空间,允许多节点多进程在共享地址空间[4]协同工作基于数据粒度DSM划分为三大类对象基础分享变量基础和页面基础 |
| A.对象基础dsm |
| 对象即程序员定义封装数据结构由内部数据、对象状态和程序组成程序被称为方法或操作运行对象状态访问或操作内部状态程序必须引用一种方法方法可以改变内部状态,返回状态或别的东西系统还支持信息隐藏对象状态辅助变量使用各种方法下图2显示基于对象DSM概念[7] |
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| 对象共享内存设计成散列对象集合,而不是线性地址空间,还有许多其他选择可做如果复制不使用,对象所有存取器都遍历单拷贝,这很简单,但可能导致性能差允许对象按需从机器迁移到机器时,有可能通过移动对象到需要点来减少性能损耗[8]面向对象DSM比其他方法有三大长处:多模块化、更灵活和同步化和存取可干净归并面向对象DSM也有缺陷[8]一是共享对象所有存取方式必须调用对象、方法,额外管理费产生时不与共享页面共享可直接存取语言运行时间系统管理第二劣势,它不能用运行老式多处理程序 假设存在共享线性地址空间 每一个进程都可随机读写 |
| .b.基于共享变量基于dsm共享dsm共享环境多进程需要的某些变量和数据结构问题从网络上分页到维护由共享变量组成的潜在复制分布式数据库使用共享变量单独管理也为消除假分享提供了相当大契机如果有可能更新变量而不影响其他变量,则页面变量物理布局不重要最重要的实例是Munin[8]dsm使用共享变量让应用程序决定共享变量,Dsm管理器维护分布环境共享变量数据库概念期望程序员明确声明哪些变量在全球共享程序[8]消除假分享问题换机上的任何进程都可请求通过机器DSM管理器访问变量 |
| C.页面基础dsm方法内存页作为数据分享单元页面基础DSM近似多处理器内共享内存,多处理器由操作系统管理整个地址空间划分为页面虚拟存储器管理器发现非本地地址空间请求时,会请求DSM管理器从远程机上取出该页面[8]页面故障处理简单相似本地页故障处理可大幅提高性能的基本系统是复制只读、只读常量或其他只读数据结构块另一种可能性是复制不只读块和所有块一致性协议使用某些一致性协议来预防不一致性[8]设计中所有者查找通过广播请求指定页面所有者响应拥有者可发送单条消息传递所有者 网页良好 需要时广播有阻塞每个处理器[8]的劣势清除此退位进程之一被指定为页面管理器管理者职责是跟踪何者拥有每一页问题在于潜在的重负载 通过多页管理器而非单页管理器可减少另一种可能的算法是记录每一页的可能所有者所有权请求寄给可能拥有者,当所有权改变时由所有者转发控件多次修改后,请求电文也必须多次转发执行启动时和所有者每一次修改时,新拥有者的位置应广播,以便所有处理者更新可能拥有者表另一项重要任务是如何发现所有拷贝时必须失效首先是播送消息提供页码并请求所有持有页数处理程序失效只有当广播消息完全可靠并永不可失时才有效第二种可能性是所有者或页面管理器保留列表或拷贝集通知哪个处理器持有哪个页当页面必须失效时,老所有者、新所有者或页面管理器向持有页面并等待确认的处理器发送消息信息确认后完全失效DSM系统页面替换,同使用虚拟内存的任何系统一样,可能发生需要一页,但内存中没有免费页面框架可保留它。出现这种情况时, 页面必须从存储器中排出, 才能为所需页面腾出空间 。立即产生两个子问题[8]:哪一页拆迁和放在哪里选择哪一页可使用传统虚拟存储算法,例如近似最近最不使用算法第二最佳选择是拆迁过程拥有的复制页将所有权传递到其他拷贝中,但通知过程、网页管理程序或视实现情况并发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发即发页面本身不需转移,产生小消息[8] |
六.DSM复合 |
| 表1显示三大类软件DSM设计与各种参数对比 |
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七.结论 |
| 软件基础dsm提供多处理器系统设计的许多长处分布式存储机制允许用户多处理器高效存取共享数据DSM系统提高带宽性,性能是设计的重要标准dsm各种实施帮助设计各种系统,使用硬件和/或软件方法处理多处理器环境,如逻辑共享、局部物理分布、按 页计算、分享变量和面向对象架构dsm没有存储存取瓶颈和大型虚拟存储空间可容纳更多处理器程序使用常用DSM编程接口时可移植化,但仍有一些缺陷,像程序员需要理解一致性模型,写正确程序研究非常有用 建新共享存储系统 避免设计约束语言 |
启蒙 |
| 非常感谢主治大夫F.S.Umrigar教授P.B.Swadas计算机工程系主管V.V.Nagar |
引用 |
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