25计算机基础综合

多处理机原视频1
多处理机原视频2

多处理机调度

• 先来先服务
• 短作业优先
• 优先级调度算法
• 时间片轮转算法
• 高响应比优先
• 多级反馈队列调度

完成真正的并行计算，必须在物理层面采用多个核心的设计。采用MIMD（多指令流多数据流）架构实现。

指标及性能

• CPU利用率
• 周转时间
• 平均周转时间
• 带权平均周转时间
• 吞吐量
• 响应时间
• 等待时间

每个核心具有独立的内存，每个核心机器内存组成一台独立的计算机，这样的设计成为集群。集群通常需要运行分布式操作系统。
每个核心共享同一块内存，这样的设计称为共享内存多处理器系统（SMP）

多处理器分类：

• 非对称处理机
• 对称处理机

性能指标

调度的评价指标

**任务流时间:**完成某个作业的执行所需的时间
**调度流时间:**完成所有作业的执行所需的时间
**平均流:**调度流时间/任务数
**处理机利用率:**处理机忙时间/(处理机忙时间+处理机空闲时间)
**加速比:**调度流时间/并行工作时间
**吞吐率:**执行任务数/并行工作时问

进程分配方式：静态分配和动态分配、进程的调度：通常采用FCFS

静态分配：进程的整个生命周期均在同一个处理器上执行。

每个处理器有一个专用的就绪队列。

动态分配：系统设置一个公共的就绪队列调度进程。每个处理器都可以从就绪队列上拉取进程执行。每个进程在不同的时间片内可以在不同的核心上执行。

---

SMP：
紧密耦合：处理器保存在存储器中的进程信息可被所有处理器共享。
松散耦合系统LCS:独立缓存/独立存储器

如果SMP采用了主从式是不可以的：

• 主从式：将内核（操作系统代码）运行在唯一指定的核心上。其他核心用于运行用户程序。
• ①所有其他核心在申请系统调用时均需要通告运行内核的主处理器,导致主处理器的负载过大。
• ②进一步地，若主处理器崩溃，则整个系统都会崩溃。
• 对称多处理系统将内核程序分给了任意个核心执行。每个核心承担一部分调度任务，从可用的进程/线程池中调度程序执行。以操作系统的复杂化（实现多处理机调度线程的互斥）为代价实现内核的并行。

对称式SMP调度应解决的问题
①每个处理器核心都需要独立地实现调度，因此必须并行运行OS的调度程序这要求内核代码必须是可重入的，且必须对内核的代码以及数据结构小心设计以避免并行时可能发生的死锁或越权操作。
②对线程的操作必须互斥，同一线程只能同时被一个核心调度执行。同样，若线程之间有同步关系，则必须在多个核心之间传递信息以实现这一同步。

AMP：主从式分配方式

线程调度方式

优点：处理器利用率高且负载均衡。
缺点：难以同步，阻塞频率高。处理器亲和性低。对就绪队列的访问必须互斥。当处理器过多等待访问就绪队列的时间长。造成性能损失。

自调度方式也称为负载平衡方式。在这种方式下OS只设置【一个公共的就绪队列】。每个处理机空闲时均运行OS的调度例程。从就绪队列中采用单处理机的调度方式。

自调度方式是让处理器去选择线程，而专用的处理器调度则恰恰相反，是【为每个线程分配一个处理器】。系统维护一个处理器池。当有新的线程到来时，分配一个处理器给该线程执行。

优点：线程处理器亲和性好。线程易于同步，并行性高。
缺点：处理器资源不足时，可能造成处理器资源的浪费。

加速比的图需要记一下。加速比会随着线程数的增加首先上升然后下降。下降的时间多。

这种调度方法适合于线程可以并行的应用程序，采用线程平均分配更省时间

融合了自调度和专用处理器分配方式的优点，将一个进程所有的线程同时调度并并行执行。减少了线程直线因同步而被迫阻塞所浪费的时间。

4. 动态调度

动态调度方式允许动态地改变系统当前就绪进程的数量。OS将处理器按进程为单位进行分配，而进程本身则负责将线程分配给它的处理器执行。（当然也要负责自己所属的线程之间的同步）。这种方式是效率最高的调度方式。但是需要上层的用户程序具有较高的权限。

下列题目来源于
视频

1. A
   非对称可能出现单点故障的问题
   对称不出现单点故障的问题

2. D

3. D、

多处理机调度评价指标

①粒度：描述多处理机进程或线程的同步细致程度。调度的粒度细意味着线程切换较频繁。粒度粗意味着线程切换较低频。
②负载平衡：SMP系统总是希望将任务均分到各个核心上，以减少所有任务执行完成的总时间。实现负载平衡的方法主要有：

• 推迁移：OS主动将线程从负载高的处理器上推到负载较低的处理器。
• 拉迁移：负载较低的处理器主动将线程从负载较高的处理器上拉取执行。
  ③处理器亲和性：cache在启动时命中率较低。因此系统希望一个进程尽可能在一个或一组处理器上执行。若能保证这一点。则称调度具有硬亲和性，反之称为软亲和性。