MultiprozessorSystemen

Een multiprozessor-systeem is een computersysteem waarin meer dan één centrale verwerkingseenheid (CPU) binnen één samenhangend systeem werkt. De processors delen hoofdgeheugen en I/O-bronnen, waardoor gelijktijdige uitvoering van taken mogelijk is onder één geïntegreerde systeemimage. Dit levert doorgaans een hogere doorvoer en betere schaalbaarheid voor parallelle workloads, vergeleken met systemen met een enkele CPU. Multiprozessor-systemen komen vooral voor in servers en high-performance computing en kunnen bestaan uit meerdere sockets met aparte processors, of uit meerdere kernen op één chip die als afzonderlijke processors fungeren.

Architectuurkenmerken en indelingen: Een belangrijke indeling is Symmetrische Multiprocessing (SMP), waarbij alle CPUs gelijkwaardig zijn en een gedeeld geheugen en I/O gebruiken. Asymmetrische Multiprocessing (AMP) kent een hoofdprocessor die het werk verdeelt en coördineert tussen andere processors. In SMP-systemen speelt cache-coherentie een cruciale rol; coherentieprotocollen zoals MESI zorgen ervoor dat caches consistent blijven bij meerdere voorbeelden van data. Daarnaast onderscheiden systemen zich op geheugenarchitectuur: UMA (uniform memory access) en NUMA (non-uniform memory access), waarbij de tijd om toegang te krijgen tot geheugen varieert afhankelijk van de locatie van het geheugen ten opzichte van de processor.

Software en prestaties: Het besturingssysteem moet ondersteuning bieden voor gelijktijdige planning, synchronisatie (locks, barriers) en interprocessor interrupts om tussenprocessen-gerichte taken en communicatie mogelijk te maken. De voordelen bestaan uit hogere doorvoer en betere schaalbaarheid voor parallelle taken, terwijl de nadelen bestaan uit synchronisatie- en coherentie-kosten, complexiteit bij onderhoud en potentiele bottlenecks bij gedeelde bronnen. In grote systemen kan NUMA-architectuur significante prestatieverschillen veroorzaken afhankelijk van waar data resideert.

Toepassingen en toekomst: Multiprozessor-systemen worden veelvuldig ingezet in database- en webservers, virtualisatieomgevingen en wetenschappelijke berekeningen. Trends omvatten toenemende aantallen processors en kernen, geavanceerde interconnecties (bus, crossbar, switchgebaseerde netwerken) en nadruk op fouttolerantie, energie-efficiëntie en NUMA-optimalisatie. Hoewel single-chip many-core en gedistribueerde systemen elkaar versterken, blijft de keuze tussen gedeeld geheugen en gedistribueerd geheugen afhangen van workloadkenmerken en kosten.