Verbindungsnetzwerke für parallel und verteilte Systeme.pdf

Jeder Knoten ist ein eigenständiger Rechner mit MACH Mikro Kernel, auf dem
das HP-UX Betriebssystem, eine UNIX-Variante, läuft. Zur Unterstützung der
Betriebsprogramme trägt wesentlich der Agent-Baustein bei, der für die Arbitrierung
der beiden Knotenprozessoren beim Speicherzugriff und beim Zugriff
auf den gemeinsamen Kreuzschienenverteiler sorgt. Die für das UNIX Betriebssystem
unerläßlichen Festplattenzugriffe der Rechenknoten werden über
den Agent Chip und den Kreuzschienenverteiler abgewickelt.
5.3.8 Kommunikations- und Programmiermodelle
Trotz der Heterogenität der Verbindungsnetzwerke in x- und y-Richtung existiert
ein einheitliches, von der Richtung unabhängiges Programmiermodell,
das wahlweise auf Botschaftenaustausch oder gemeinsamen Variablen basiert.
Darüberhinaus können auch hybride Programmiermodelle, wie gemeinsamer
Speicher in den Hyperknoten und Botschaftenaustausch zwischen den Hyperknoten
verwendet werden. Auch die umgekehrte Reihenfolge ist möglich, um
dem Benutzer volle Flexibilität zu ermöglichen.
Weiterhin gibt es zur schnellen Prozeßsynchronisation eine Barrierenfunktion,
die von Anwenderprogrammen aus aufrufbar ist und mit deren Hilfe die
Beendigung einer parallelen Schleife beispielsweise effizient detektierbar ist.
Ebenso sind unteilbare fetch&increment-Operationen implementiert, die für
Semaphoren notwendig sind. Insgesamt können von der Exemplar drei verschiedene,
atomare Semaphoroperationen zur Unterstützung der parallelen Programmierung
ausgeführt werden:
• fetch&clear (Liest den Wert einer Variablen und setzt ihn anschließend auf
Null)
• fetch&increment (Liest den Wert einer Variablen und erhöht ihn um Eins)
• fetch&decrement (Liest den Wert und erniedrigt ihn um Eins)
Semaphorvariablen müssen aus dem Cache entfernt werden (sog. Cache Flush),
bevor eine Operation auf sie angewandt wird, um sicherzustellen, daß jede
Semaphore ein Unikat ohne Kopien ist. Dazu ist die betreffende Semaphorvariable
in ein CPU-Register unter Umgehung des Cache zu lesen. Dies
leistet der Spezialbefehl "fetch", der eine Variable aus dem globalen Adreßraum
ohne Cache-Intervention in ein CPU-Register lädt, in dem sie anschließend
modifiziert werden kann. In gleicher Weise arbeiten die drei oben dargestellten
Semaphor-Befehle. Mit Hilfe der Semaphoroperationen sind in der
Exemplar binäre Verriegelungen (Locks), Barriensynchronisation (Barriers),
multiple Schreibe/Lese-Synchronisationen sowie die Synchronisation gemeinsamer
Listen implementiert, die von mehreren Prozessoren verwaltet werden.
Da die beschriebenen höheren Programmierfunktionen, die dem Benutzer
transparent zur Verfügung stehen, in Software realisiert sind, erhöht sich der
Verkehr auf dem Verbindungsnetzwerk um die dazu notwendigen Kernel-
Kommunikationen.
Zur Kompatibilität mit Programmen, die für HP-Arbeitsplatzrechner geschrieben
wurden, und zur Vereinfachung der Portierung vorhandener sequen-
278