Идеология организации без упорядоченного выполнения 7 страница

Кроме того, введение логической адресации и самих каналов в каждой канальной системе в совокупности с использованием образов внешних устройств, а не их физических адресов позволило формировать одновременное функционирование множества полноценных операционных систем в рамках одной аппаратной платформы.

В отличии от систем виртуальных машин в которых под управлением одной операционной системы существует множество других операционных систем для организации виртуальных машин и вызываемых в оперативную память как подпрограммы при передаче управления конкретной виртуальной машине, в данном случае в оперативной памяти системы постоянно присутствует несколько ядер операционных систем, которые являются базовыми и каждой из которых формируется канальная система со структурой логической организации устройств и каналов. Каждая такая структура называется логической партицией LPAR.

В рамках же каждой партиции существует свое множество виртуальных машин, что в конечном счете увеличивает не только мощность, но и производительность системы, учитывая еще тот фактор, что в системе существует не один процессор, а многопроцессорная система, на аппаратную платформу которой накладывается множество операционных систем.

Что же касается физических адресов каналов и устройств необходимо отметить следующее:

Подобно тому как при использовании виртуальной памяти существует механизм преобразования логических адресов памяти в физические, так и в канальной системе с вводом принципов логической организации в каналах пришлось формировать таблицы соответствия логических адресов каналов в каждой из канальных систем физическим, т. е. физический адрес канала стал использоваться как указатель на объект, расположенный в системе,через который осуществляется связь системы с устройством. При этом для каждой канальной системы должно выполняться правило:

Для каждого логического канала существует только один физический,через который система может связаться с устройством. Но так как физические каналы являются сетевыми узлами, то доступ к устройству может осуществляться через множество этих физических каналов, для этого канальная система при формировании информационного подканала указывает значения логических адресов каналов, в виде альтернативных путей доступа к устройству. Таким образом, понятие разделённого и не разделённого подканала в современных канальных системах перешло на уровень канала, так как один и тот же физический канал может быть указан в таблицах в соответствие логических каналов физическим каждой канальной системы.

Физический адрес устройства, который определяет местонахождение в системе ввода-вывода, и дополнительно в классической архитектуре и расположение подканала устройства в оперативной памяти стало использовать на уровне контроллер ВУ-ВУ.

Контроллёр Ву с вводом много портового Ву перестал быть единственным посредником доступа к Ву, а разделил канал доступа к Ву с другими контроллерами ему подобными. Поэтому для указания адреса доступа к устройству ввели понятия логического контроллера Ву или по-другому его имиджа, представляющего идентификатор группы контроллеров через которые возможен доступ к устройству.

Физический же адрес устройства не обязательно представляет конкретный дисковод а может указывать на конкретный домен в физическом пространстве, например, на имя логического тома в дисковой системе с технологией организации RAID массива, а контроллер получив информацию о расположению массива по своему алгоритму определяет конкретный дисковод.

Ознакомившись с функционированием основных компонентов канальной системы серверов Z архитектуры можно отметить следующее:

1) Для обеспечения функционирования всей системы, учитывая сетевую топологию соединения канала с устройством и механизм логической адресации в каналах, канал каждый раз, получая указание начать операцию ввода вывода или опрос состояния устройства, получает дополнительную информацию, содержащую номер логической партиции и логический номер канала в партиции и включает их в состав кадра, формируемого для отправки во внешнее устройство, для того чтобы получить их обратно в ответе от устройства и сформировать запрос на прерывание в процессор ввода вывода с указанием типа прерывания, его приоритета и адресата,кому ответ из устройства предназначен. Приоритет прерывания для каждого подканала устанавливается процессором ввода вывода при формировании содержимого подканала или может быть установлен системной командой из процессора в любое время.

2) При формировании кадра, отправляемого во внешнее устройство канал обязан указать номер своего порта в сети и номер порта назначения для того чтобы ответ, отправленный со стороны внешнего устройства был получен в сети каналом- инициатором связи с устройством

3) свитч или маршрутизатор является диспетчером имеет полную информацию об подключенных к нему узлах сети, через которые можно получить доступ к устройству и которую он получает каждый раз при активации канальной системы.Информация эта формируется при начальной конфигурации системы и сохраняется в конфигурационных файлах сервисного процессора сервера и контроллерах внешних устройств.

Операция ввода/вывода начинается с выполнения команды Старт подканала SSCH. Супервизором партиции (LPAR) во время выполнения партиции по запросу от прикладной программы пользователя.

Команда Старт подканала имеет 2 операнда:

А) по адресу [В2D2] находятся в памяти ORB (аналог 48 ячейки в классической схеме). [ORB]= ключ, адрес адрес канальной программы.

B) Второй операнд находится в общем регистре процессора. GRO = SBNUM – адрес подканала. SBNUM – идентификатор подканала, установив который осуществляется операция ввода/вывода. В отличии от классической системы является только указателем на устройства как в классической схеме.

2) Так как каждая партиция имеет свою область подканалов в HSA (системная область памяти), то при обращении в подканал формируется адрес, индексируемый номером партиции. Инструкция SSCH анализирует состояние подканала и если он не занят, то выполнение команды завершается с нулевым значением признака результата и устанавливается запрос на ввод/вывод для SAP – процессора ввода/вывода, на этом выполнение SSCH заканчивается.

Блок ORB содержит начальный адрес канальной программы, который передается в подканал.

3) SAP анализируя очередь запросов, обращается 4) к подканалу и на основании адресов логических каналов, указанных в структуре подканала, по своим таблицам определяет физический канал, через который будет осуществляться доступ к устройству.

Выбрав оптимальный вариант SAP, 5) устанавливает запрос на начало операции ввода вывода для выбранного физического канала с указанеием номера партиции и логического канала

6) Канал, зная идентификатор устройства, с которым он должен установить связь на основании информации о всех портах в сети с подключенным к ним устройствам, выбирает требуемый порт и формирует кадр для передачи в сеть. Информацию о портах и подключенным к ним устройствам канал получает во время инициализации сети во время включения (нижний уровень протокола(FC – SB2))

7) Контролер ВУ получив кадр формирует ответный кадр согл. протокола.

8) Канал, получив кадр ответа от устройства корректирует состояние подканала и формирует запрос на прерывание в SAP.

9) SAP, получив запрос на прерывание информации, передаваемой каналом SUBNOM, MГF,CHPK, устанавливает запрос в очередь запросов для обработки программы прерываний в LPAR.

10) Если операция ввода/вывода связана с передачей данных, канал самостоятельно начинает обмен с устройством, выбирая канальную программу согласно

Лекция N 12

Тема лекции: Многопроцессорные системы.

1.Общие принципы организации многопроцессорных систем. Классификация, определения мультипроцессора и мультикомпьютера.

2. Мультипроцессоры класса SMP c общей шиной.

Согласно классификации по Флину мультипроцессоры и мультикомпьютеры относятся к классу MIMD- МНОГО ИНСТРУКЦИЙ МНОГО ДАННЫХ.

Мультипроцессор-это компьютерная система, которая содержит несколько процессоров и одно адресное пространство, видимое для всех процессоров. В такой системе существует одна копия операционной системы, с одним набором таблиц.

Смена процессов в мультипроцессорной системе происходит также как и в однопроцессорной, то есть с записью состояния процесса в системных таблицах и сегментах и активизацией другого процесса готового к выполнению и загрузкой его данных в регистры процессора. Отличие заключается только в расширении аппаратных ресурсах, позволяющих одновременное выполнение нескольких процессов на разных процессорах. Именно наличие одного отображения операционной системы и отличает мультипроцессор от мультикомпьютера.

Мультикомпьютер- это система представляющая совокупность компьютеров со своими операционными системами,со своими памятями и со своим наборами внешних устройств, в которой компьютеры соединены между собой в зависимости от архитектуры системы различными способами или по- другому сетевыми соединениями различных топологий.

Если основная связь между процессорами при обмене информацией в мультипроцессорной системе осуществляется через общую память, то в мультикомпьютерах основными средствами передачи информации являются сообщения, передаваемые по физическим каналам, связывающими компьютеры меж собой.

В дальнейшем рассматривая организацию транспьютера и рекурсивных вычислительных систем, мы убедимся в том, что изначальная архитектура транспьютера основу, которой составляли: вычислительный модуль, интерфейсный модуль для подсоединения внешних устройств, коммуникационный модуль для связи с другими транспьютерами и протокол связи между ними, основу которого составляли сообщения с использованием программных операторов SEND и RECEIVE, вызывающих передачу сообщения из одного транспьютера и прием его в другой - стала основой организации мультикомпьютеров. Именно увеличение мощности вычислительного узла и объема оперативной памяти и как следствие размещение соответствующих программных средств в нем стали основой архитектуры мультикомпьютеров с интерфейсом, основанном на передаче сообщений.

И так прежде чем рассматривать более детально различные архитектуры систем класса MIMD, отметим признаки по которым они классифицируютcя.

Для мультипроцессоров – это в первую очередь, так называемая, симметрия, определение которой дадим позже, и во- вторых топология подключения к памяти.

Для мультикомпьютеров -это классификация как по топологии связи между собой, по степени однородности и интерфейсов их образующих, так и по инфраструктуре программной среды.

неоднородные С НЕРАВНОПРАВНЫМ ДОСТУПОМ К ПАМЯТИ (NUMA)

Использование КЭШЕЙ (CC-NUMA)

Мультипроцессоры класса SMP.

Модель мультипроцессорной данной системы представляет собой архитектуру с разделяемой памятью и распределенными прерываниями ввода вывода. Такая модель является полностью симметричной. То есть все процессоры функционально равнозначны, и каждый процессор может связаться с каждым. В данной модели нет иерархии, нет отношения мастер исполнитель, нет конфигурации, ограничивающей соединения. Модель является симметричной в двух важных направлениях.

Симметрия памяти.

Память является симметричной, когда все процессоры разделяют одно и то же адресное пространством и получают доступ к одним и тем же адресам. Симметрия памяти обладает одной важной особенностью-возможностью выполнения работ процессорами под управлением одной и той же операционной системы, как уже говорилось раньше.

Симметрия ввода вывода имеет место когда все процессора разделяют доступ к одной и той же системе ввода вывода, включая порты ввода вывода и контроллеры прерываний, и любой процессор может получить прерывание из любого источника. Некоторые мультипроцессорные системы, имеющие симметричный доступ к памяти являются не симметричными к

обработке прерываний ввода вывода, асимметрия в таких системах определяется на программном уровне, а не аппаратными средствами.

Архитектура симметричной мультипроцессорной системы

с общей шиной.

		СИСТЕМНАЯ ШИНА

ШИНА МЕЖПРОЦЕССОРНЫХ СВЯЗЕЙ

КОНТРОЛЛЕР прерываний

МОДУЛЬ ИНТЕРФЕЙСОВ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ

Механизмы управления функционированием мультипроцессорной системы с общей шиной.

При работе данной системы возникает множество ситуаций,

cвязанных с обращением процессоров к разделяемой памяти. Для того, чтобы система функционировала нормально должны быть механизмы, представляющие программно- аппаратные средства, задачей которых является управление когерентностью системной памяти при одновременном доступе нескольких процессоров к одной и той же ячейке памяти.

Другой задачей является обеспечение обработки прерываний и организации межпроцессорных сообщений с целью реализации симметрии ввода вывода. Такими механизмами являются.

механизм блокировки шины

инструкции сериализации

расширенный контроллер прерываний

а при наличии кэшей в каждом процессоре,протокол когерентности системной памяти и кэшей.

реализуется все это путем использования модели согласованности порядка записей между процессорами в системную память, механизм блокировки шины позволяет блокировать цикл очередного арбитража, давая возможность активному агенту завершить его транзакции на шине. Механизм блокировки активизируется программным способом с использованием специального префикса в формате команд. Механизм блокировки шины также активизируется, если процессор выполняет операции со структурами системных данных, к которым относятся:

-операция переключения задач

-изменение содержимого дескриптора сегмента

-обновление каталогов и таблиц страниц

циклы подтверждения прерывания во время получения значения вектора прерывания с шины данных(данная операция характерна для SMP на базе процессоров компании INTEL).

Блокировка при переключении задач исключает возможность доступа других процессоров к ресурсам вызываемой задачи.

Что же касается моделей согласованности записей в память агентами системы,то существует несколько моделей, выбор которой определяется архитектурой системы. Наиболее известные мы обсудим позже.

	основные компоненты архитектуры многопроцессорных симметричных систем системные процессора системная память система ввода вывода
					расширенные контроллеры прерываний расширенных

Дата добавления: 2014-01-03