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多核处理器的应用

归档日期:07-20       文本归类:多处理器      文章编辑:爱尚语录

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  并行计算技术是云计算的核心技术,也是最具挑战性的技术之一。多核处理器的出现增加了并行的层次性能使得并行程序的开发比以往更难。

  而当前业内并无有效的并行计算解决方案,无论是编程模型、开发语言还是开发工具,距离开发者的期望都有很大的差距。

  自动的并行化解决方案在过去的30年间已经被证明基本是死胡同,但传统的手工式的并行程序开发方式又难以为普通的程序员所掌握。

  Intel、微软、SUN、Cray等业内巨头正投入大量人力物力进行相关的研究,但真正成熟的产品在短期内很难出现。可扩展性是云计算时代并行计算的主要考量点之一,应用性能必须能随着用户的请求、系统规模的增大有效的扩展。

  当前目前大部分并行应用在超过一千个的处理器(核)上都难以获得有效的加速性能,未来的许多并行应用必须能有效扩展到成千上万个处理器上。这对开发者是巨大的挑战。

  从应用需求上去看,越来越多的用户在使用过程中都会涉及到多任务应用环境,日常应用中用到的非常典型的有两种应用模式。

  一种应用模式是一个程序采用了线程级并行编程,那么这个程序在运行时可以把并行的线程同时交付给两个核心分别处理,因而程序运行速度得到极大提高。

  这类程序有的是为多路工作站或服务器设计的专业程序,例如专业图像处理程序、非线视频编缉程序、动画制作程序或科学计算程序等。对于这类程序,两个物理核心和两颗处理器基本上是等价的,所以,这些程序往往可以不作任何改动就直接运行在双核电脑上。

  还有一些更常见的日常应用程序,例如Office、IE等,同样也是采用线程级并行编程,可以在运行时同时调用多个线程协同工作,所以在双核处理器上的运行速度也会得到较大提升。

  并行计算技术是云计算的核心技术,也是最具挑战性的技术之一。多核处理器的出现增加了并行的层次性能使得并行程序的开发比以往更难。而当前业内并无有效的并行计算解决方案,无论是编程模型、开发语言还是开发工具,距离开发者的期望都有很大的差距。

  自动的并行化解决方案在过去的30年间已经被证明基本是死胡同,但传统的手工式的并行程序开发方式又难以为普通的程序员所掌握。Intel、微软、SUN、Cray等业内巨头正投入大量人力物力进行相关的研究,但真正成熟的产品在短期内很难出现。

  可扩展性是云计算时代并行计算的主要考量点之一,应用性能必须能随着用户的请求、系统规模的增大有效的扩展。当前目前大部分并行应用在超过一千个的处理器(核)上都难以获得有效的加速性能,未来的许多并行应用必须能有效扩展到成千上万个处理器上。这对开发者是巨大的挑战。

  从Power、UltraSPARC T1、安腾到双核Opteron、至强Xeon,各个领域都显示出,多核处理器计算平台势必成为服务器的主流或者说是强势计算平台,但这只是上游硬件厂商的乐观预计。

  并不是所有的操作系统和应用软件都做好了迎接多核平台的准备,尤其是在数十年来均为单一线服务器领域。微软软件架构师HerbSutter曾指出:软件开发者对多核处理器时代的来临准备不足。

  多核CPU就是基板上集成有多个单核CPU,早期PD双核需要北桥来控制分配任务,核心之间存在抢二级缓存的情况,后期酷睿自己集成了任务分配系统.

  再搭配操作系统就能线“份”任务,速度快了,万一1个核心死机,起码另一个U还可以继续处理关机、关闭软件等任务。

  从Power、UltraSPARC T1、安腾到双核Opteron、至强Xeon,各个领域都显示出,多核处理器计算平台势必成为服务器的主流或者说是强势计算平台,但这只是上游硬件厂商的乐观预计。并不是所有的操作系统和应用软件都做好了迎接多核平台的准备,尤其是在数十年来均为单一线服务器领域。微软软件架构师HerbSutter曾指出:软件开发者对多核处理器时代的来临准备不足。他说,软件开发社区认识到处理器厂商被迫采用多核设计以应对处理器速度提升带来的发热问题,但却没有清楚地了解这样的设计为软件开发带来多少额外的工作。

  在过去一段长时间里,x86系统上软件的性能随着来自Intel和AMD处理器速度越来越快而不断提高,开发者只需对现有软件程序作轻微改动就能坐观其性能在随着硬件性能的上升而不断提升。不过,多核设计概念的出现迫使软件世界不得不直面并行性(将单个任务拆分成多个小块以便分别处理之后再重新组合的能力)问题。当然,为服务器设计软件的开发者已经解决了一些此类难题,因为多核处理器和多路系统在服务器市场已经存在多年(在传统的Unix领域),一些运行在RISC架构多核多路系统上的应用程序已经被设计成多线程以利用系统的并行处理能力。但是,在x86领域,应用程序开发者多年来一直停留在单线程世界,生产所谓的“顺序软件”。

  现在的情况是软件开发者必须找出新的开发软件的方法,面向对象编程的兴起增加了汇编语言的复杂性,并行编程也需要新的抽象层次。另一方面,处理器设计厂商在设计产品时也应该将软件开发者考虑在内,“处理器的首要着眼点应该是可编程性,而不是速度。”Sutter说。多核处理器要想发挥出威力,关键在于并行化软件支持,多核设计带动并行化计算的推进,而给软件带来的影响更是革命性的。

  Intel很早就通过超线程技术实现了逻辑上的双处理器系统,可以并行计算,但这不过是对处理器闲置资源的一种充分利用而已,并且这种充分利用只有在特定的条件下,尤其是针对流水线比较长且两种运算并不相互交叉的时候,才会有较高的效率,如编码解码、长期重复某种矩阵运算以及一些没有经过仔细编写的软件等。

  即使IBM的Power5架构,也需要跟最新的操作系统进行融合,加上运行在其上的软件,才有可能利用并发多线程。虚拟化技术在一定程度上能够处理一些因为多核带来的问题,可以让应用软件和操作系统在透明的环境下对处理器资源进行分配和管理。

  目前在对称多处理器方面,操作系统对资源的分配和管理并没有本质的改变,多以对称的方式进行平均分配。也就是说,在操作系统层面,当一个任务到来时,剥离成为两个并行的线程,因为线程之间需要交流以及操作系统监管,它导致的效率损失要比硬件层面大得多。并且,多数软件并没有充分考虑到双核乃至多核的运行情况,导致线程的平均分配时间以及线程之间的沟通时间都会大大增加,尤其是当线程需要反复访问内存的时候。目前,多数操作系统还没有完全实现自由的资源分配,如IBM是通过AIX 5.3L来支持Power5上的虚拟化功能,才实现了资源的动态调配和划分的。

  从长远来看,需要使用虚拟化技术才可能实现操作系统对任务的具体划分,这很可能改变一些通用的编程模式。

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