Архитектура PowerScale
Виктор Шнитман
Институт системного программирования РАН vzs@ivann.delta.msk.suПроблемы реализации SMP-архитектуры
Архитектура PowerScale
Балансировка нагрузки
Модель памяти
Архитектура матричного коммутатора
Параметры производительности
Когерентность кэш-памяти
Протокол MESI и функция вмешательства
Физическая реализация архитектуры
Семейство UNIX-серверов Escala
Заключение
Группа компаний Bull является сегодня одним из крупнейших производителей информационных систем на мировом компьютерном рынке. В связи с происходившей в последнем пятилетии перестройкой структуры компьютерного рынка группа объявила о своей приверженности идеологии открытых систем. Сегодня Bull выпускает компьютеры класса мэйнфрейм . DPS9000, среднего класса . DPS7000и DPS6000, работающие под управлением операционной системы GCOS8, UNIX-системы DPX/20 и Escala, а также серию персональных компьютеров ZDS. В результате технологического соглашения с компанией IBM, в 1992 году Bull анонсировала ряд компьютеров DPX/20, базирующихся на архитектуре POWER, а позднее в1993 году . на архитектуре PowerPC, работающих под управлением операционной системы AIX. Версия ОС AIX 4.1, разработанная совместно специалистами IBM и Bull, поддерживает симметричную многопроцессорную обработку. Архитектура PowerScale представляет собой первую реализацию симметричной мультипроцессорной архитектуры, разработанной Bull специально для процессоров PowerPC, применяемых в компьютерах Escala. Вначале она была реализована на процессоре PowerPC601, но легко модернизируется и для других моделей этих чипов.
Основа архитектуры PowerPC . многокристальная архитектура POWER, которая была сначала разработана в расчете на однопроцессорную реализацию процессора. При разработке PowerPC для удовлетворения потребностей компаний Apple, IBM и Motorola в архитектуре POWER было сделано несколько изменений в следующих направлениях:
- упрощение архитектуры с целью ее приспособления для дешевых однокристальных процессоров;
- устранение команд, которые могут стать препятствием повышения тактовой частоты;
- устранение архитектурных препятствий суперскалярной обработке и внеочередному выполнению команд;
- добавление свойств, необходимых для поддержки симметричной мультипроцессорной обработки;
- включение новых свойств, считающихся необходимыми для работы будущих прикладных программ;
- обеспечение длительного времени жизни архитектуры путем ее расширения до 64-разрядной.
Архитектура PowerPC поддерживает ту же самую базовую модель программирования и назначение кодов операций команд, что и архитектура POWER. В тех местах, где были сделаны изменения, которые могли потенциально нарушить двоичную совместимость с приложениями, написанными для архитектуры POWER, были расставлены "ловушки", обеспечивающие прерывание и эмуляцию с помощью программных средств. Такие изменения вводились, естественно, только в тех случаях, если соответствующая возможность либо использовалась не очень часто в кодах прикладных программ, либо была изолирована в библиотечных программах, которые можно просто заменить.
Микропроцессор PowerPC поддерживает мультипроцессорную обработку, в частности, модель тесно связанных вычислений в разделяемой памяти. Работа тесно связанных процессоров предполагает использование разными процессорами одной общей памяти и одной операционной системы, управляющей всеми процессорами и аппаратурой системы. Процессоры должны конкурировать за разделяемые ресурсы. В симметричной мультипроцессорной системе все процессоры считаются функционально-эквивалентными и могут выполнять операции ввода/вывода и другие вычисления. Возможности управления подобной системой с разделяемой памятью реализованы в ОС AIX 4.1.
Разработанное Bull семейство Escala обеспечивает масштабируемость и высокую готовность систем, центральным местом которых является симметричная мультипроцессорная архитектура, названная PowerScale, позволяющая производить постепенную модернизацию и объединять в системе от 1 до 8 процессоров.
