对称多处理器

计算平台介绍

Flynn于1972年提出了计算平台的Flynn分类法，主要根据指令流和数据流来分类，共分为四种类型的计算平台，如下图所示：

1. 单指令流单数据流机器（SISD）
   SISD机器是一种传统的串行计算机，它的硬件不支持任何形式的并行计算，所有的指令都是串行执行。并且在某个时钟周期内，CPU只能处理一个数据流。因此这种机器被称作单指令流单数据流机器。早期的计算机都是SISD机器，如冯诺.依曼架构，如IBM PC机，早期的巨型机和许多8位的家用机等。

2. 单指令流多数据流机器（SIMD）
   SIMD是采用一个指令流处理多个数据流。这类机器在数字信号处理、图像处理、以及多媒体信息处理等领域非常有效。
   Intel处理器实现的MMXTM、SSE（Streaming SIMD Extensions）、SSE2及SSE3扩展指令集，都能在单个时钟周期内处理多个数据单元。也就是说我们现在用的单核计算机基本上都属于SIMD机器。

3. 多指令流单数据流机器（MISD）
   MISD是采用多个指令流来处理单个数据流。由于实际情况中，采用多指令流处理多数据流才是更有效的方法，因此MISD只是作为理论模型出现，没有投入到实际应用之中。

4. 多指令流多数据流机器（MIMD）
   MIMD机器可以同时执行多个指令流，这些指令流分别对不同数据流进行操作。最新的多核计算平台就属于MIMD的范畴，例如Intel和AMD的双核处理器等都属于MIMD。

对称多处理器

MIMD可以根据处理器的通信进一步细化。如果每个处理器都有一个专用的存储器，则每个处理部件都是一个独立的计算机。计算机间的通信或者借助于固定的路径，或者借助于某些网络设施，这类系统称为集群系统。如果处理器共享一个公用的存储器，每个处理器都访问保存在共享存储器中的程序和数据，处理器之间通过这个存储器相互通信，则这类系统称为共享存储器多处理机系统。

共享存储器多处理机系统的一个常用分类标准是基于"如何把进程分配给处理器"。最基本的两种手段是主/从结构和对称结构。

在主/从结构中，操作系统的内核总是运行在某个特定的处理器上，其他处理器用于执行用户程序和操作系统的使用程序。主处理器负责调度进程或线程，如果一个处于运行的进程或线程需要使用系统的服务（如一次I/O调用），则它必须给主处理器发送请求，并等待服务的处理。这种方式非常简单，一个处理器控制了所有存储器和I/O资源，因此可以简化冲突的解决方案。但是这种方式也有明显的缺点：

1. 主处理器的失败将导致整个系统的失败；
2. 由于主处理器必须负责所有的进程调度和管理，因此可能成为性能瓶颈；

在对称多处理系统中，内核可以在任何处理器上执行，并且每个处理器可以从可用的进程或线程池中进行各自的调度工作。内核也可以由多进程或多线程构成，允许部分内核并行执行。SMP方法增加了操作系统的复杂性，它必须确保两个处理器不会选择同一个进程，并且要确保队列不会丢失，因此需要解决同步的问题。