• 分布式共享存儲處理機

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    分布式共享存儲處理機

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    計算機科學中,分布式共享內存 (DSM) 是一種內存架構形式,其中物理上分離的內存可以作為單個共享地址空間進行尋址。 術語共享并不意味著有一個單一的集中式內存,而是地址空間是共享的——即兩個處理器上的相同物理地址指的是內存中的相同位置。 分布式全局地址空間 (DGAS) 是廣泛類別的軟件和硬件實現的類似術語,其中集群的每個節點除了每個節點的私有(即非共享)內存之外,還可以訪問共享內存 .

    概覽

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    分布式內存系統,通常稱為多計算機,由多個獨立的處理節點組成,這些節點具有通過通用互連網絡連接的本地內存模塊。 軟件 DSM 系統可以在操作系統中實現,也可以作為編程庫實現,并且可以被視為底層虛擬內存體系結構的擴展。 當在操作系統中實現時,此類系統對開發人員是透明的; 這意味著底層分布式內存對用戶完全隱藏。 相比之下,在庫或語言級別實現的軟件 DSM 系統并不透明,開發人員通常必須對它們進行不同的編程。 然而,這些系統為 DSM 系統實現提供了一種更便攜的方法。 DSM 系統在物理分布式內存系統上實現共享內存模型。

    DSM 可以通過軟件和硬件來實現。 硬件示例包括緩存一致性電路和網絡接口控制器。 DSM 的實現方式有以下三種:

    • 使用虛擬內存的基于頁面的方法
    • 使用例程訪問共享變量的共享變量方法
    • 基于對象的方法,理想情況下通過面向對象的規程訪問共享數據

    優勢

    • 可以很好地擴展大量節點
    • 隱藏消息傳遞
    • 無需復制或將數據發送到進程即可處理復雜的大型數據庫
    • 通常比使用多處理器系統便宜
    • 提供大的虛擬內存空間
    • 由于通用的編程接口,程序更具可移植性
    • 防止程序員發送或接收原語

    缺點

    • 訪問速度通常比非分布式共享內存慢
    • 必須針對同時訪問共享數據提供額外保護
    • 可能會導致性能下降
    • 小程序員控制生成的實際消息
    • 程序員需要了解一致性模型,才能編寫正確的程序

    與消息傳遞的比較

    軟件 DSM 系統還可以靈活地以不同方式組織共享內存區域。 基于頁面的方法將共享內存組織成固定大小的頁面。 相反,基于對象的方法將共享內存區域組織為一個抽象空間,用于存儲可變大小的可共享對象。 另一種常見的實現是使用元組空間,其中共享的單位是元組。

    共享內存架構可能涉及將內存分成分布在節點和主內存之間的共享部分; 或在節點之間分配所有內存。 根據一致性模型選擇的一致性協議維護內存一致性。

    目錄內存一致性

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    內存一致性是必要的,這樣組織 DSM 的系統能夠跟蹤和維護構成系統的內存中節點中數據塊的狀態。 目錄就是這樣一種機制,它維護在系統中移動的高速緩存塊的狀態。

    分布式共享存儲處理機

    一個基本的 DSM 將跟蹤目錄中任何給定塊的節點之間的至少三種狀態。 將有一些狀態將塊指定為未緩存 (U),將塊指定為獨占或修改擁有 (EM) 的狀態,以及將塊指定為共享 (S) 的狀態。 當塊進入目錄組織時,它們將在初始節點中從 U 轉換為 EM(所有權狀態)。 當其他節點開始讀取塊時,狀態可以轉換為 S。

    有兩種主要方法允許系統跟蹤塊被緩存的位置以及每個節點的緩存條件。 以家庭為中心的請求-響應使用家庭來服務請求和驅動狀態,而以請求者為中心允許每個節點通過家庭來驅動和管理自己的請求。

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    詞條目錄
    1. 分布式共享存儲處理機
    2. 概覽
    3. 優勢
    4. 缺點
    5. 與消息傳遞的比較
    6. 目錄內存一致性

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