weixin_47955824的博客

之前，我们尚未讨论如何可靠、快速地将消息从一个节点发送到另一个节点。本章目的是讨论多个处理器互连的结构。互连网络最重要的两个性能指标是延迟和带宽。基于共享存储多处理器的几个通信特性，与诸如局域网或因特网等其他网络系统相比，共享存储多处理器对互连结构性能具有独特的要求：1. 消息非常短。许多消息是一致性协议的请求和响应，但不包含数据，也有一些消息包含少量（高速缓存块大小的）数据，这些数据在当前主流系统中为64或128字节。2. 消息生成很频繁，因为每个读或写缺失都可能生成涉及几个节点的一致性消息。

缓存一致性协议如何适应更大规模的系统。广播和侦听协议更早地涉及了可扩展性问题，因为流量和侦听频率时随着处理器个数的增加至少呈线性增加趋势，可用的互连网络带宽会很快被广播流量占满。本章讨论的基于目录式缓存一致性协议来实现可扩展性。主要问题在于如何处理协议竞争，以及瞬时状态的使用等。以及，讨论当前多核设计问题，例如如何处理不精确的目录信息、讨论一致性需要被以单个粒度来跟踪还是以多个粒度来跟踪、如何设计一致性可允许多核系统系统执行分区，以及线程迁移代价如何降低。

为了保证并行程序执行的正确性和高效性，构建一个共享存储多处理器系统的硬件支持必须要解决缓存一致性、存储一致性和对同步原语的支持等问题。从软件的观点来看被广泛使用的同步原语包括锁、栅栏和点对点同步（信号量）。举例来说，锁和路障被大量使用在DOALL并行性和具有链式数据结构的应用程序上，而signal/wait同步对流水线DOACROSS并行性来说至关重要。如今将最低级别的同步原语以原子指令的形式在硬件上实现，然后将其他所有高级别的同步原语在软件中实现。

多个处理器单元互连的存储层次不同，使用的互连网络类型也不相同。1. 在共享缓存的方式中，缓存被所有处理器共享，每个处理器可以直接访问缓存的任意一部分。优点在于不需要缓存一致性的支持，因为系统中只有一个缓存，任何需要被缓存的数据都会被存放在一个唯一的地址。缺点是处理器核缓存需要被部署在非常近的距离之内，否则访问缓存的时延会非常高。另外，互连网络必须提供很高的带宽，因为所有存储器访问都必须通过互连网络。

多核首次实现了芯片上的并行计算。在多核之前，集群（超算）系统才能执行并行计算。是什么促使人们使用并行计算机？1. 与单个处理器系统提供的性能相比，并行计算机能够提供的绝对性能。某些科学发现的速度取决于在计算机上解决特定计算问题的速度。2. 成本调控的性能或功耗调控的性能方面更具吸引力。多核系统的成本比集群系统相对较小，尤其是软件成本和系统维护方面。在回顾并行计算机的历史时，应该记住摩尔定律是如何改变处理器体系结构的。并行体系结构最初是一个自然而然的想法，

存储器一致性

共享处理器简介

缓存结构

LDS并行

并行多核