多处理器操作系统

在操作系统中，为了提高性能，一台计算机系统可以使用多个 CPU，这称为多处理器操作系统。

多个 CPU 相互连接，因此可以将一项工作分配给它们，以加快执行速度。当一项工作完成时，会收集并编译所有 CPU 的结果，以给出最终输出。工作需要共享主内存，它们也可能在彼此之间共享其他系统资源。多个 CPU 也可以用于同时运行多个工作。

例如： UNIX 操作系统是使用最广泛的多处理器系统之一。

典型多处理器系统的基本组织结构如给定图所示。

要有效地使用多处理器操作系统，计算机系统必须具备以下条件：

• 主板能够在多处理器操作系统中处理多个处理器。
• 处理器也能够用于多处理器系统。

多处理器操作系统的优点是：

• 提高了可靠性：由于多处理器系统，处理任务可以分配给多个处理器。这提高了可靠性，因为如果一个处理器发生故障，任务可以交给另一个处理器完成。
• 提高了吞吐量：随着处理器数量的增加，可以在更短的时间内完成更多工作。
• 规模经济：由于多处理器系统共享外围设备、辅助存储设备和电源，它们比单处理器系统相对便宜。

多处理器操作系统的缺点

• 多处理器操作系统更加复杂和精致，因为它同时需要管理多个 CPU。

多处理器系统的类型

• 对称多处理器操作系统
• 非对称多处理器操作系统

对称多处理器操作系统

在对称多处理器系统中，每个处理器执行相同的操作系统副本，做出自己的决策，并与其他进程协作以平稳地运行整个系统。 CPU 调度策略非常简单。用户提交的任何新作业都可以分配给负担最轻的任何处理器。它还会导致在任何时候所有处理器都同样负担的系统。

对称多处理器 操作系统 也被称为“共享一切”系统，因为处理器共享内存和输入输出总线或数据路径。在此系统中，处理器通常不超过 16 个。

对称多处理器操作系统的特点

• 在此系统中，任何处理器都可以运行任何作业或进程。
• 在此，任何处理器都会启动输入和输出操作。

对称多处理器操作系统的优点

• 这些系统具有容错能力。少量处理器发生故障不会导致整个系统停止运行。

对称多处理器操作系统的缺点

• 在处理器之间合理地平衡工作负载非常困难。
• 需要专门的同步方案来管理多个处理器。

非对称多处理器操作系统

在非对称多处理器系统中，处理器之间存在主从关系。

此外，一个处理器可以充当主处理器或主管处理器，而其他处理器则如下所示。

在上图中，非对称处理系统显示 CPU n1 作为主管，其功能控制其他后续处理器。

在此类系统中，每个处理器都分配有特定任务，并且有一个指定的主处理器控制其他处理器的活动。

例如，我们有一个数学协处理器，它可以比主 CPU 更好地处理数学作业。同样，我们有一个 MMX 处理器，它是为处理多媒体相关作业而构建的。同样，我们有一个图形处理器，可以比主处理器更好地处理图形相关作业。当用户提交新作业时，操作系统必须决定哪个处理器可以更好地执行它，然后将新到达的作业分配给该处理器。该处理器充当主控并控制系统。所有其他处理器都等待主控的指令或具有预定义的任务。主控负责将工作分配给其他处理器。

非对称多处理器操作系统的优点

• 在此类系统中，在某些情况下，输入和输出操作或应用程序程序的执行可能更快，因为可能有许多处理器可用于单个作业。

非对称多处理器操作系统的缺点

• 在此类多处理器操作系统中，处理器负担不均。一个处理器可能有一个很长的作业队列，而另一个处理器可能处于空闲状态。
• 在此系统中，如果处理特定工作的进程失败，整个系统将崩溃。