17、并行处理与多处理器系统详解

并行处理与多处理器系统详解

1. 并行处理概述

并行处理指的是在一个系统中，两个或以上的处理器同时运行，它们可能处理相关活动，也可能处理不相关的活动。简单来说，就是多个CPU同时执行指令，此时处理器管理器需要协调每个处理器的活动，并同步它们之间的协作交互。

并行处理系统有两个主要优点：
- 提高可靠性 ：多个CPU能够分担负载，甚至可作为备份。理论上，若一个处理器出现故障，其他处理器能继续运行并承担其负载，但前提是系统具备此设计。理想情况下，当一个处理器开始出现故障时，它会立即通知其他处理器接管工作。随后，操作系统会动态调整可用资源和分配策略，使剩余处理器能在不过载的情况下完成必要功能。
- 加快处理速度 ：当指令或数据操作能够并行处理时，可提高处理速度。部分系统为每个程序或作业分配一个CPU；有的为每个工作集或其部分分配CPU；还有的将单个指令细分，使每个细分部分能同时处理（即并发编程）；另外一些系统则分配多个CPU对大量数据分别执行一组指令，最后将所有结果汇总。

然而，更高的灵活性也带来了更高的复杂性，主要有两大挑战：如何将处理器连接成可行的配置，以及如何协调它们的交互以提高整个系统的效率。这同样适用于多个相互作用的进程。可以将每个进程看作在单独的处理器上运行。

以快餐店为例，可以很好地说明处理器管理器多处理任务的复杂性。当你在下午早些时候赴约迟到，可能错过午餐，于是你在当地快餐店的得来速窗口排队。当你下单时，点餐员确认你的需求，告知价格，然后让你到取餐窗口；在那里，收银员收取你的钱并递给你餐食。这就是一个同步良好的多处理系统。尽管你只接触了两个“处理器”——点