第7章多机系统与实时系统概述

第7章多机系统与实时系统概述 • 引言 • 多处理机系统 • 网络与网络操作系统 • 分布式操作系统 • 实时操作系统 • 小结

单处理机 新体系结构：数据流与函数语言机器 LAN 单CPU，具有专用前端与后端处理机本地互连网向量与阵列处理机共享存储器多处理机（对称或专用处理机） LAN/WAN系统多处理机多计算机在展示的所有网络中，节点计算机可以是任何类型。并发系统硬件环境发展概略引言

10-100MB CPU CPU CPU  CPU CPU CPU  > 250MB 共享内存共享内存共享内存共享内存 (a)集中式共享内存 (b)分布式共享内存多处理机体系结构

M1 M2 M3 M4 P1 P2 P3 P4 十字交叉开关

集中控制开关方式多处理器

多端口存储器方式多处理器

有局部存储器的处理机

总线处理机1 处理机1 处理机1 共享内存基于总线的多处理机系统

SMP结构模型 中央处理机单元总线磁盘适配器输入/输出接口其他外设接口通信线路接口内存储器 (CPU) 磁盘驱动器输入/输出设备各种外设通信线路

SMP结构中的中断控制机构

分布式多处理机

有n个处理机，可进行真正的并行处理。 输入/输出结构（端口、开关、与指定处理机相联）处理机间通信（处理机间中断IPI）多机处理的基本问题划分并行计算的任务，使之同时在多个处理机上运行。多机系统特点

多级处理的数据依赖 (a)一个任务T1可看作是输入数据I1到输出数据O1之间的映射。 (b)、 (c)、 (d)、 (e)介绍了两个任务的输入/输出之间的各种关系。 (b)中两个任务的数据不重叠。 (c)中输入数据重叠。 (b)、 (c) 在多机处理时不会发生问题， (d)、 (e)则会有不一致的结果发生，对这种情况必须加以预防。

主从式（不对称系统） 操作系统程序在一台处理机上执行。有主处理机分配任务，当主处理机故障时，整个系统会崩溃。独立监控结构每台处理机为自己服务，每个处理机中有一个独立副本的监控程序。（或者监控程序可重入) 移动式监控监控程序会从一个处理机移动到另一个处理机上。几个处理机可同时运行同一服务程序，会发生表访问冲突。对称SMP（对等）在系统引导时分主次处理机，当初始化完成后各处理机开始公平竞争，各处理机一律平等对待。多处理机操作系统类型

广域网 通讯子网局域网路由设备

Open Systems Interconnection 应用层表示层会话层应用层传送层表示层网络层会话层链路层传送层物理层物理层网络层物理介质链路层 OSI 参考模型

应用层 应用层 FTP, TELNET,http TCP, UDP IP 表示层会话层传送层传送层网络层网络层链路层物理层物理层 TCP/IP与ISO 参考模型

TCP UDP IP PLIP SLIP ETHERNET 并口串口网卡 Linux网络部分结构

HTTP 用户态 TCP IP 内核态硬件协议 Linux的例子系统调用sys_socketcall()

LINUX源码文件

进程通信机制 网络支持应用程序 C函数库依赖关系系统调用内存管理进程控制虚拟文件系统VFS 输入/输出中断处理实际文件系统硬件平台 Linux内核体系结构简单示意图

顺序应用 并行应用并行程序设计环境 PC/工作站通信软件网络接口硬件 PC/工作站通信软件网络接口硬件 PC/工作站通信软件网络接口硬件 PC/工作站通信软件网络接口硬件 PC/工作站通信软件网络接口硬件集群中间件（单一系统映像以及可用基础设施）高速网络/交换开关集群计算机体系结构

Beowulf系统

中断控制硬件 实时内核 Linux 实时管道RT-FIFO 实时进程非实时进程 RTLinux 操作系统框架

硬实时 系统响应绝对要求在指定时间范围内。未及时响应会造成严重后果。软时实及时响应很重要，但是偶尔响应晚了也可以接受，不会造成严重后果。由于实时系统往往是大型工程项目的核心部分，控制部件通常嵌入在大的系统中，而控制程序则固化在ROM中，因此有时也被称作嵌入式系统（Embedded System），我们这里统一称为实时系统。实时系统分类

与外界交互 系统庞大复杂对可靠性和安全性的要求非常高并发性强实时系统特点

多处理机系统和多计算机系统 网络和分布式系统实时系统嵌入式系统小结

第7章 多机系统与实时系统概述