SMP技術(shù)

SMP技術(shù)

SMP英文全稱(chēng)為Symmetrical Multi-Processing，意指“對(duì)稱(chēng)多處理”技術(shù)，是指在一個(gè)計(jì)算機(jī)上匯集了一組處理器—即多CPU，各CPU之間共享內(nèi)存子系統(tǒng)以及總線結(jié)構(gòu)。它是相對(duì)非對(duì)稱(chēng)多處理技術(shù)而言的、應(yīng)用十分廣泛的并行技術(shù)。在這種架構(gòu)中，一臺(tái)電腦不再由單個(gè)CPU組成，而同時(shí)由多個(gè)處理器運(yùn)行操作系統(tǒng)的單一復(fù)本，并共享內(nèi)存和一臺(tái)計(jì)算機(jī)的其他資源。雖然同時(shí)使用多個(gè)CPU，但是從管理的角度來(lái)看，它們的表現(xiàn)就像一臺(tái)單機(jī)一樣。系統(tǒng)將任務(wù)隊(duì)列對(duì)稱(chēng)地分布于多個(gè)CPU之上，從而極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。所有的處理器都可以平等地訪問(wèn)內(nèi)存、I/O和外部中斷。在對(duì)稱(chēng)多處理系統(tǒng)中，系統(tǒng)資源被系統(tǒng)中所有CPU共享，工作負(fù)載能夠均勻地分配到所有可用處理器之上。

　　基于SMP技術(shù)的系統(tǒng)框架

　　SMP應(yīng)用

　　目前的SMP技術(shù)主要用在RISC服務(wù)器陣營(yíng)的多路小型機(jī)、X86服務(wù)器陣營(yíng)的多路處理系統(tǒng)以及采用部分采用虛擬CPU技術(shù)實(shí)現(xiàn)單CPU(或多CPU)虛擬多路中。

　　我們平時(shí)見(jiàn)到的雙路CPU系統(tǒng)，屬于對(duì)稱(chēng)多處理系統(tǒng)中最常見(jiàn)的一種，通常稱(chēng)為"2路對(duì)稱(chēng)多處理"，它在普通的商業(yè)、家庭應(yīng)用之中并沒(méi)有太多實(shí)際用途，但在專(zhuān)業(yè)制作，如3DMax Studio、Photoshop等軟件應(yīng)用中獲得了非常良好的性能表現(xiàn)，是組建廉價(jià)工作站的良好伙伴。隨著用戶(hù)應(yīng)用水平的提高，只使用單個(gè)的處理器確實(shí)已經(jīng)很難滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求，因而各服務(wù)器廠商紛紛通過(guò)采用對(duì)稱(chēng)多處理系統(tǒng)來(lái)解決這一矛盾。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上這類(lèi)機(jī)型的處理器一般以4個(gè)或8個(gè)為主，有少數(shù)是16個(gè)處理器。但是一般來(lái)講，SMP結(jié)構(gòu)的機(jī)器可擴(kuò)展性較差，很難做到100個(gè)以上多處理器，常規(guī)的一般是8個(gè)到16個(gè)，不過(guò)這對(duì)于多數(shù)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用了。這種機(jī)器的好處在于它的使用方式和微機(jī)或工作站的區(qū)別不大，編程的變化相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，原來(lái)用微機(jī)工作站編寫(xiě)的程序如果要移植到SMP機(jī)器上使用，改動(dòng)起來(lái)也相對(duì)比較容易。SMP結(jié)構(gòu)的機(jī)型可用性比較差。因?yàn)?個(gè)或8個(gè)處理器共享一個(gè)操作系統(tǒng)和一個(gè)存儲(chǔ)器，一旦操作系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，整個(gè)機(jī)器就完全癱瘓掉了。而且由于這個(gè)機(jī)器的可擴(kuò)展性較差，不容易保護(hù)用戶(hù)的投資。但是這類(lèi)機(jī)型技術(shù)比較成熟，相應(yīng)的軟件也比較多，因此現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上推出的并行機(jī)大量都是這一種。PC服務(wù)器中最常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)多處理系統(tǒng)通常采用2路、4路、6路或8路處理器。目前UNIX服務(wù)器可支持最多64個(gè)CPU的系統(tǒng)，如SUN公司的產(chǎn)品Enterprise 10000。SMP系統(tǒng)中最關(guān)鍵的技術(shù)是如何更好地解決多個(gè)處理器的相互通訊和協(xié)調(diào)問(wèn)題。

　　SMP組建條件

　　要組建SMP系統(tǒng)，首先最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是需要合適的CPU相配合。我們平時(shí)看到的CPU都是單顆使用，所以看不出來(lái)它們有什么區(qū)別，但是，實(shí)際上，支持SMP功能并不是沒(méi)有條件的，隨意拿幾塊CPU來(lái)就可以建立多處理系統(tǒng)那簡(jiǎn)直是天方夜談。要實(shí)現(xiàn)SMP功能，我們使用的CPU必須具備以下要求：

　　1、CPU內(nèi)部必須內(nèi)置APIC（Advanced Programmable Interrupt Controllers）單元。Intel 多處理規(guī)范的核心就是高級(jí)可編程中斷控制器（Advanced Programmable Interrupt Controllers--APICs）的使用。CPU通過(guò)彼此發(fā)送中斷來(lái)完成它們之間的通信。通過(guò)給中斷附加動(dòng)作（actions），不同的CPU可以在某種程度上彼此進(jìn)行控制。每個(gè)CPU有自己的APIC（成為那個(gè)CPU的本地APIC），并且還有一個(gè)I/O APIC來(lái)處理由I/O設(shè)備引起的中斷，這個(gè)I/O APIC是安裝在主板上的，但每個(gè)CPU上的APIC則不可或缺，否則將無(wú)法處理多CPU之間的中斷協(xié)調(diào)。

　　2、相同的產(chǎn)品型號(hào)，同樣類(lèi)型的CPU核心。例如，雖然至強(qiáng)和皓龍各自都內(nèi)置有APIC單元，想要讓它們一起建立SMP系統(tǒng)是不可能的，同時(shí)，即使同屬于至強(qiáng)系列或者皓龍系列的CPU核心，而且屬于同一開(kāi)發(fā)平臺(tái)，也不能建立SMP系統(tǒng)--這是因?yàn)樗麄兊倪\(yùn)行指令不完全相同，APIC中斷協(xié)調(diào)差異也很大。

　　3、完全相同的運(yùn)行頻率。如果要建立雙至強(qiáng)或雙皓龍系統(tǒng)，必須兩顆2.8GHz或者兩顆3.0GHz處理器，不可以用一顆2.8GHz，另一顆3.0GHz來(lái)組建，否則系統(tǒng)將無(wú)法正常點(diǎn)亮。

　　4、盡可能保持相同的產(chǎn)品序列編號(hào)。即使是同樣核心的相同頻率處理器，由于生產(chǎn)批次不同也會(huì)造成不可思議的問(wèn)題。兩個(gè)生產(chǎn)批次的CPU作為雙處理器運(yùn)行的時(shí)候，有可能會(huì)發(fā)生一顆CPU負(fù)擔(dān)過(guò)高，而另一顆負(fù)擔(dān)很少的情況，無(wú)法發(fā)揮最大性能，更糟糕的是可能導(dǎo)致死機(jī)，因此，應(yīng)該盡可能選擇同一批生產(chǎn)的處理器來(lái)組建SMP系統(tǒng)。