задачи. Все процессоры могут участвовать в решении одной задачи, если отдельные ее части включаются в общий список заданий. В комплексе автоматически отключается неисправное оборудование, при этом ВК продолжает работу с несколько пониженной производительностью. Таким образом, отказа ВК нет до тех пор, пока не исчерпано все однотипное оборудование. Комплекс характеризуется хорошей загрузкой всех устройств, что позволяет достигать высокой эффективности.

При симметричной обработке на каждый процессор могут возлагаться и общесистемные, и супервизорные, и исполнительные функции. Однако такая организация не свободна и от некоторых недостатков. Основные из них - большое число конфликтных ситуаций и сложность ОС. Последний недостаток нередко заставляет разработчика МПВК идти на компромиссные решения, вводя ограничения, о которых говорилось раньше.

В чем же сложность ОС многопроцессорных комплексов? На первый взгляд кажется, что ОС МПВК мало чем отличается от ОС мультипрограммной однопроцессорной ЭВМ: та же структура, тот же состав - планировщик, диспетчер, супервизор ввода - вывода и т. д. Однако детальное рассмотрение показывает, что по существу различие весьма глубокое. Чем же это объяснить? Прежде всего, не надо забывать, что в однопроцессорной ЭВМ при мультипрограммной обработке имеет место лишь совмещение во времени этапов решения задачи. Параллельная работа разных устройств позволяет одновременно вести обработку информации по нескольким программам; но при этом собственно обработка в процессоре производится в каждый данный момент времени только по одной программе. Таким образом, работа по нескольким программам осуществляется лишь за счет совмещения во времени работы процессора по одной программе с работой устройств ввода-вывода по другим программам.

В МПВК имеет место не только такое совмещение, но и одновременная обработка информации несколькими процессорами по нескольким программам. Это совершенно другое качество, которое приводит к усложнению всех процессов. Действительно, рассмотрение, к примеру, работы ОЗУ в однопроцессорной ЭВМ и в МПВК показывает, что если в первом случае конфликты возникают только при одновременном обращении процессора и КВВ к одному модулю памяти и легко разрешаются благодаря приоритету КВВ, то в МПВК конфликты возникают и при одновременном обращении нескольких процессоров к одному модулю памяти, не говоря уже о том, что и число КВВ существенно больше. Разумеется, организация очереди и решение всех конфликтов требует соответствующих программ в ОС МПВК. В однопроцессорной ЭВМ не может быть конфликтов при обращении к стандартным программам да и конфликты из-за программных ресурсов маловероятны, в то время как в МПВК это совершенно нормальное явление. Кроме того, при симметричной обработке информации супервизорные программы, как уже отмечалось, должны иметь повторную входимость, что также усложняет ОС. Таким образом, одновременное выполнение нескольких программ предъявляет к ОС МПВК серьезные дополнительные (по сравнению с ОС однопроцессорной ЭВМ) требования.

Второй важный момент заключается в том, что ОС в однопроцессорной ЭВМ работает с фиксированной конфигурацией ЭВМ. Операционная система МПВК должна не только обеспечивать работу с различными конфигурациями, а более того - осуществлять автоматическую реконфигурацию комплекса (при симметричной обработке). Только при этом условии может быть достигнута наибольшая надежность, которую способен обеспечить данный комплекс. Реконфигурация всегда влечет за собой перераспределение ресурсов. Одновременная работа нескольких процессоров и необходимость реконфигурации комплекса значительно усложняют ОС МПВК.

Рассмотрим некоторые особенности ОС МПВК, которые отличают ее от ОС однопроцессорной системы.

При управлении ОЗУ на ОС МПВК возлагаются в основном те же задачи, что и на ОС однопроцессорной ЭВМ. Но есть одна проблема, которая отсутствует в однопроцессорной ЭВМ. Дело в том, что для каждого процессора нужна своя оперативная память для хранения

некоторых собственных таблиц, слов состояния, прерываний, программ восстановления и др. Адресация этой памяти имеет определенную специфику. Чаще всего в МПВК для этих целей существует так и называемая префиксация адресов.

Сущность префиксации заключается в том, что адреса ячеек зоны памяти, которую использует только данный процессор, формируются с использованием содержимого регистра префикса, который задает необходимое начальное смещение этой зоны. В § -.6 при описании МПВК на базе ЕС ЭВМ префиксация адресов описывается более подробно.

Выше упоминалось о том, что в МПВК существенно больше конфликтов при обращении к ОЗУ, и это требует соответствующей организации ОС. Заметим, что для МПВК сокращение цикла работы ОЗУ имеет большее значение, чем в однопроцессорной ЭВМ, так как уменьшает простои процессоров из-за конфликтов.

Отметим еще одну особенность МПВК. Известно, что в однопроцессорных ЭВМ значительный эффект дает чередование, или расслоение адресов. В МПВК это может не дать никакого эффекта или этот эффект будет сильно ослаблен, поскольку вероятность того, что разные процессоры и разные КВВ будут обращаться к соседним ячейкам памяти, весьма мала. Наличие сверхоперативных ЗУ у каждого процессора уменьшает число конфликтов, однако возникают определенные трудности с повторным запуском задач при выходе из строя процессора.

Планирование и диспетчеризация в МПВК существенно сложнее, чем в однопроцессорных системах. Пожалуй, основная проблема - определение задач, и в особенности частей одной задачи, которые могут решаться параллельно. Этому уделяется большое внимание. Разработаны и широко используются языки программирования, в которых предусматриваются средства для организации параллельной обработки задач. Достаточно сложна и задача синхронизации параллельных процессов. Для этой цели часто используются так называемые семафоры, позволяющие приостановить выполнение процесса до удовлетворения определенных условий. Семафор - это обычно переменная величина, представляющая собой целое число, которое уменьшается или увеличивается на единицу при определенных событиях.

Второй сложной и важной проблемой в планировании является равномерная загрузка процессоров и периферийных устройств. Задача эта не такая простая, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что равномерности загрузки можно добиться только при достаточно точном прогнозировании времени решения каждой задачи.

Один из неприятных моментов в МПВК - «тупиковые» ситуации. «Тупики» возникают, когда для решения двух (или более) активных, т. е. уже находящихся в стадии решения, задач требуются одни и те же ресурсы (УВВ, наборы данных, программы, ОЗУ), а приоритет одинаков. «Тупики» преодолеваются с помощью ОС. Существует несколько методов, но, как правило, все они приводят к тому, что одну задачу, а иногда и более, приходится снимать, т. е. переводить в режим ожидания решения.

Говоря о планировании и диспетчеризации, нельзя не сказать о важности защиты информации. Эта проблема существует и в однопроцессорной ЭВМ, и там она решается, как правило, аппаратными средствами. В МПВК этого бывает недостаточно, так как системные таблицы, некоторые наборы данных могут использоваться несколькими процессорами, т. е. все они имеют право обращаться к этой информации и аппаратная защита разрешает обращение. Возможные действия одного из процессоров, не согласованные с работой других, могут привести к искажениям информации. Эту проблему приходится решать также с помощью ОС.

Выше отмечалось, что на ОС МПВК возлагается автоматическая реконфигурация комплекса при отказах тех или иных устройств, благодаря чему эти отказы не выводят из строя всего комплект. Но ОС МПВК должна учитывать и то обстоятельство, что некоторые отказы могут вызвать искажение информации. При этом процесс нарушается и никакая реконфигурация комплекса не в состоянии исправить это. Чтобы этого не случилось, обычно

все системные таблицы и таблицы управления заданиями дублируются, что даст возможность при их искажении продолжать процесс решении.

2.5. КОМПЛЕКСЫ НА ОСНОВЕ МИКРО-ЭВМ И МИКРОПРОЦЕССОРОВ

Бурное развитие микропроцессорной техники явилось новым стимулом для развития ВК, так как преимущества, которые дает эта техника, не могли остаться без внимания со стороны разработчиков ВК. А преимущества, как известно, значительные - высокая надежность, низкая стоимость, малые габариты, масса, потребляемая мощность, возможность использования в качестве встроенных элементов в любом оборудовании. Микропроцессоры обеспечили создание дешевых малогабаритных микро-ЭВМ с достаточно высокими характеристиками, процессоров, контроллеров периферийных устройств. Поэтому появилось естественное желание использовать все эти качества в максимальной степени. Правда, современные микро-ЭВМ и микропроцессоры имеют сравнительно невысокую производительность, однако их положительные, качества открывают возможность для создания комплексов более крупных, т. е. из большего числа ЭВМ пли устройств. Действительно, вряд ли целесообразно создавать ММВК, например из 10-15 ЭВМ типа ЕС или даже СМ, настолько громоздким и сложным был бы такой комплекс. Но эта идея не вызывает никакого протеста, когда речь идет о построении комплекса из 10 и более одно-или двухплатных микро-ЭВМ. Даже при относительно низкой производительности микроЭВМ производительность таких комплексов может составлять миллионы операций в секунду. Двойное или тройное резервирование аппаратуры обеспечивает очень высокую надежность. Если же учесть, что микропроцессорные ВК легко встраиваются в любое оборудование, агрегаты, транспортные средства, становится ясным, насколько актуальны такие комплексы.

Вместе с тем нельзя не учитывать, что при использовании в одном ВК большого числа микропроцессорных средств возникает целый ряд проблем, в первую очередь сложность коммутации, большое число конфликтов, сложность организации вычислительных процессов. Выше уже было указано, что эти проблемы существуют и в ВК с малым числом ЭВМ или процессоров, однако в более крупном комплексе проблемы обостряются.

Стремление преодолеть возникающие трудности привело к поиску новых способов построения комплексов на основе микро-ЭВМ и микропроцессоров. Все существующее в настоящее время многообразие комплексов можно разделить на три большие группы. 1) первой группе относятся комплексы, выполняемые по классическим схемам многомашинных или многопроцессорных ВК, с теми способами связи и взаимодействия элементов, которые уже были описаны. Во вторую группу входят комплексы, построенные на микро-ЭВМ, память которых доступна для всех ЭВМ комплекса, - так называемые ВК с общедоступной памятью. Третья группа характеризуется наличием общего поля оперативной памяти.

Можно определить и четвертую группу комплексов, которые трудно классифицировать по какому-либо признаку и которые имеют специфические особенности либо в способах коммутации устройств, либо в способах и средствах организации вычислительного процесса.

Остановимся более подробно на каждой группе с целью выявления их возможностей и особенностей.

Следует заметить, что появление микропроцессоров поначалу породило большие надежды в отношении классических МПВК с большим числом процессоров, так как снимались серьезные ограничения, связанные со сложностью, громоздкостью и высокой стоимостью комплексов. Делались попытки создания МПВК, включающих в себя десятки и даже тысячи процессоров. Характерным в этом отношении является комплекс «Гиперкуб», содержащий 10000 процессоров [5]. Комплекс, как и другие подобные ему, не оправдал возлагавшихся на него надежд из-за сложности построения, организации вычислительных процессов и трудностей программирования. Это заметно охладило пыл энтузиастов МПВК,