21、基于页面的软件系统可扩展性中的争用影响及分布式共享数据一致性协议选择

基于页面的软件系统可扩展性中的争用影响及分布式共享数据一致性协议选择

在当今的计算领域，软件分布式共享内存（DSM）系统的性能和可扩展性是至关重要的研究方向。本文将探讨页面式软件系统中争用对可扩展性的影响，以及如何为分布式共享数据选择最合适的一致性协议。

页面式软件系统中的争用问题

在一些软件系统中，如 Tmk 和 HLRC 协议，争用和协议负载不平衡是影响系统可扩展性的重要因素。

Tmk 协议在 Barnes - Hut 算法中存在较高的负载不平衡问题。在 Tmk 里，更新总是从最后一个写入者获取，这导致处理器 0 要为 Barnes - Hut 中的树提供所有更新。随着对树更新请求的增多，处理器 0 用于处理请求的执行时间占比不断增加。在 32 节点集群中，这部分时间占总执行时间的 35.6%，其中 50.42% 的时间用于等待网络接口清空输出队列。

与之对比，HLRC 协议通过将数据结构的存储位置分散到各个处理器，大大缓解了读取树时的争用问题。具体来说，如果树覆盖 n 页，且每个处理器都读取整棵树，Tmk 要求处理器 0 处理 (p - 1) * n 个页面请求，而 HLRC 则将树以 n * (p - 1) / p 条消息的形式进行分布，使得处理树请求的负载得到均匀分配。

Tmk 采用条带化技术后，消除了多个处理器向处理器 0 请求树数据时导致的协议负载不平衡问题，其响应时间、协议负载不平衡情况和加速比都与 HLRC 相当。这表明协议平衡和响应时间之间存在关联：协议不平衡程度增加，响应时间也会增加。同时，消息的分布方式和消息数量同样重要。例如，条带化的 Tmk 和 HLRC 传输的数据量大致相同，消息分布也相同，尽管条带化的 Tmk