Тонкости работы многозадачной системы на однопроцессорной машине

Вопросы, появившиеся после прочтения статьи Evg "Потоки vs процессы".

Там и системы с несколькими физическими процессорами, и системы с одной многоядеркой назывались "многопроцессорными", т. к.

Сообщение от Evg физический процессор в количестве одной штуки на самом деле работает как два процессора

Вопрос: а кэши у ядер независимы? То есть у первого ядра свой кэш 1-го уровня, в второго ядра - свой, и так далее. Если же кеши общие, то как ядра не дерутся за "место под солнцем"?

И вообще, чуть отдаляясь от темы. Когда операционка исполняет несколько процессов на одном ядре, она сначала грузит в него код одного процесса, затем отправляет код другого, затем - третьего и так далее, верно?

Вопрос: а что происходит с регистрами, стеком и содержимым кэша? Ведь все процессы (практически) всегда будут в eax хранить нечто архиважное, и это архиважное у каждого процесса разное. Соответственно, при смене исполняемого процесса должны меняться и значения регистров, верно? Где они хранятся на время "простоя" прерванного процесса, каково ограничение объёма этого хранилища (сколько процессов могут сбросить туда свои регистры)? Если это в оперативке - то как быть с накладными расходами на чтение/запись? Если это в кэше - то что тогда есть кэш, и как быть в случае его переполнения (и переполнения кэшей нижестоящих уровней)? То же самое и в отношении стэка.

Спасибо :-)

0

Сообщение от talis Вопрос: а кэши у ядер независимы? То есть у первого ядра свой кэш 1-го уровня, в второго ядра - свой, и так далее. Если же кеши общие, то как ядра не дерутся за "место под солнцем"?

Для начала возьмём несколько одноядерных процессоров. Есть специальная система, которая называется что-то типа "система когерентности кэшей". Т.е. когда в один процессор данные пошли на запись, то процессор (а точнее, его подсистема памяти), должна уведомить другие процессора, что вот туда-то пошла запись в память. При таком раскладе кэш первого уровня по любому должен быть независимым, в противном случае очень сильно просядет производительность, хотя реально скорее всего кэши всех уровней должны быть на каждом из процессоров. А потому на материнской плате помимо обычной шины данных в память должны быть связи между всеми процессорами, обеспечивающие работу системы когерентности кэшей (что технически сильно усложняет плату)

Поэтому со временем появились многоядерные процессоры, где все эти системы когерентности физически находятся не на материнской плате, а внутри процессора, что технически сильно упрощает конструкцию.

В современных многпроцессорных системах начинает появляться ещё одна нанотехнология. Я не помню, как оно называется, но смысл в том, что у каждого процессора есть как бы своя память, а есть ещё и память, доступная всем процессорам. Основная масса задач исполняются независимо друг от друга (т.е. задачи полностью изолированы друг от друга по памяти), а потому они будут работать в режиме, когда процессор кладёт её на свою собственную память и работает с ней независимо от остальных процессоров. А есть задачи, которые имеют пересекающиеся фрагменты памяти, и такие фрагменты кладутся в общую память, при работе с которыми процессор должен уведомлять другие процессоры, что он записал по такому-то адресу. Такая технология очень сильно разгружает межпроцессорные связи и снижает накладные расходы подсистемы памяти

Добавлено через 3 минуты

Сообщение от talis И вообще, чуть отдаляясь от темы. Когда операционка исполняет несколько процессов на одном ядре, она сначала грузит в него код одного процесса, затем отправляет код другого, затем - третьего и так далее, верно? Вопрос: а что происходит с регистрами, стеком и содержимым кэша? Ведь все процессы (практически) всегда будут в eax хранить нечто архиважное, и это архиважное у каждого процесса разное. Соответственно, при смене исполняемого процесса должны меняться и значения регистров, верно? Где они хранятся на время "простоя" прерванного процесса, каково ограничение объёма этого хранилища (сколько процессов могут сбросить туда свои регистры)? Если это в оперативке - то как быть с накладными расходами на чтение/запись? Если это в кэше - то что тогда есть кэш, и как быть в случае его переполнения (и переполнения кэшей нижестоящих уровней)? То же самое и в отношении стэка.

Да, всё происходит именно так. Подробно я как-то расписывал тут https://www.cyberforum.ru/asse... post475469 (и продолжение там же на два поста ниже). В процессе переключения задач, когда одна задача снимается с исполнения, все её регистры сохраняются в память, затем на исполнение ставится другая задача. Когда вторую задачу надо снять с исполнения, то её регистры сваливаются в память, а затем из памяти достаются сохранённые значения регистров первой задачи. Ну и так далее. Чем больше задач исполняется одновременно на одном процессоре, тем больше накладные расходы на переключение задач. Если на процессоре запустить активных 1000 задач, то операционная система только и будет успевать, что переключать контексты задач, а сами задачи практически исполняться не будут

1