浅谈SMP技术

SMP简介

　　SMP英文全称为Symmetrical Multi-Processing，意指“对称多处理”技术，是指在一个计算机上汇集了一组处理器—即多CPU，各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。它是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术。在这种架构中，一台电脑不再由单个CPU组成，而同时由多个处理器运行操作系统的单一复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样。系统将任务队列对称地分布于多个CPU之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。所有的处理器都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。在对称多处理系统中，系统资源被系统中所有CPU共享，工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。

基于SMP技术的系统框架

　　SMP应用

　　目前的SMP技术主要用在RISC服务器阵营的多路小型机、X86服务器阵营的多路处理系统以及采用部分采用虚拟CPU技术实现单CPU(或多CPU)虚拟多路中。

　　我们平时见到的双路CPU系统，属于对称多处理系统中最常见的一种，通常称为"2路对称多处理"，它在普通的商业、家庭应用之中并没有太多实际用途，但在专业制作，如3DMax Studio、Photoshop等软件应用中获得了非常良好的性能表现，是组建廉价工作站的良好伙伴。随着用户应用水平的提高，只使用单个的处理器确实已经很难满足实际应用的需求，因而各服务器厂商纷纷通过采用对称多处理系统来解决这一矛盾。在国内市场上这类机型的处理器一般以4个或8个为主，有少数是16个处理器。但是一般来讲，SMP结构的机器可扩展性较差，很难做到100个以上多处理器，常规的一般是8个到16个，不过这对于多数的用户来说已经够用了。这种机器的好处在于它的使用方式和微机或工作站的区别不大，编程的变化相对来说比较小，原来用微机工作站编写的程序如果要移植到SMP机器上使用，改动起来也相对比较容易。SMP结构的机型可用性比较差。因为4个或8个处理器共享一个操作系统和一个存储器，一旦操作系统出现了问题，整个机器就完全瘫痪掉了。而且由于这个机器的可扩展性较差，不容易保护用户的投资。但是这类机型技术比较成熟，相应的软件也比较多，因此现在国内市场上推出的并行机大量都是这一种。PC服务器中最常见的对称多处理系统通常采用2路、4路、6路或8路处理器。目前UNIX服务器可支持最多64个CPU的系统，如SUN公司的产品Enterprise 10000。SMP系统中最关键的技术是如何更好地解决多个处理器的相互通讯和协调问题。

　　SMP组建条件

　　要组建SMP系统，首先最关键的一点就是需要合适的CPU相配合。我们平时看到的CPU都是单颗使用，所以看不出来它们有什么区别，但是，实际上，支持SMP功能并不是没有条件的，随意拿几块CPU来就可以建立多处理系统那简直是天方夜谈。要实现SMP功能，我们使用的CPU必须具备以下要求：

　　1、CPU内部必须内置APIC（Advanced Programmable Interrupt Controllers）单元。Intel 多处理规范的核心就是高级可编程中断控制器（Advanced Programmable Interrupt Controllers--APICs）的使用。CPU通过彼此发送中断来完成它们之间的通信。通过给中断附加动作（actions），不同的CPU可以在某种程度上彼此进行控制。每个CPU有自己的APIC（成为那个CPU的本地APIC），并且还有一个I/O APIC来处理由I/O设备引起的中断，这个I/O APIC是安装在主板上的，但每个CPU上的APIC则不可或缺，否则将无法处理多CPU之间的中断协调。

　　2、相同的产品型号，同样类型的CPU核心。例如，虽然至强和皓龙各自都内置有APIC单元，想要让它们一起建立SMP系统是不可能的，同时，即使同属于至强系列或者皓龙系列的CPU核心，而且属于同一开发平台，也不能建立SMP系统--这是因为他们的运行指令不完全相同，APIC中断协调差异也很大。

　　3、完全相同的运行频率。如果要建立双至强或双皓龙系统，必须两颗2.8GHz或者两颗3.0GHz处理器，不可以用一颗2.8GHz，另一颗3.0GHz来组建，否则系统将无法正常点亮。

　　4、尽可能保持相同的产品序列编号。即使是同样核心的相同频率处理器，由于生产批次不同也会造成不可思议的问题。两个生产批次的CPU作为双处理器运行的时候，有可能会发生一颗CPU负担过高，而另一颗负担很少的情况，无法发挥最大性能，更糟糕的是可能导致死机，因此，应该尽可能选择同一批生产的处理器来组建SMP系统。