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다중 처리기의 개요

프로세서 연결 방식

   
시분할 및
공유 버스
 - 프로세서, 주변장치, 기억장치 등의 각종 장치들을 '버스'라는 단일 경로로 연결
 - 장치 연결이 단순하고, 경제적, 융통성이 있고 장치 추가가 용이
 - 한 시점에 하나의 전송만 가능
크로스바 교환
행렬
 - 시분할 및 공유 버스 방식에서 버스의 수를 기억장치 수만큼 증가시켜 연결한 방식
 - 각 기억장치마다 다른 경로를 사용할 수 있으며, 두 개의 서로 다른 기억장치를 동시에 참조 가능
 - 장치의 연결이 복잡해짐
하이퍼 큐브  - 다수의 프로세서들을 연결하는 방식. 비교적 경제적인 방식임
 - 4개의 프로세서를 2개씩 서로 이웃하게 연결한 사각형 모양의 2차원 하이퍼 큐브를 만들고, 2차원 하이퍼 큐브의 대응점을 각각 연결하여 3차원 하이퍼 큐브를 형성하고, 이런 형식으로 다 차원 하이퍼 큐브 형성
 - 다수의 프로세서를 연결할 수 있어 확장성이 좋음
 - 하나의 프로세서에 연결되는 다른 프로세서의 수(연결점)가 n개일 경우 프로세서는 총 2^n개가 필요
다중 포트
기억장치
 - 시분할 및 공유 버스 방식과 크로스바 교환 행렬 방식을 혼합한 형태의 방식
 - 많은 수의 프로세서를 쉽게 연결 가능
 - 다양한 연결이 가능하며, 전송 시간이 비교적 느림

다중 처리기의 운영체제 구조와 프로세서 결합도

다중 처리기의 운영체제 구조

   
주/종 처리기  - 하나의 프로세서를 Master(주프로세서)로 지정하고, 나머지들은 Save(종 프로세서)로 지정하는 비대칭 구조
 - 주프로세서가 고장나면 전체 시스템이 다운됨
 - 주프로세서 : 입 · 출력과 연산 담당, 운영체제 수행
 - 종프로세서 : 연산만 담당
분리 실행 처리기  - 주/종 처리기의 비대칭성을 보완하여 각 프로세서가 독자적인 운영체제를 가지도록 구성
 - 각 프로세서에서 발생하는 인터럽트는 해당 프로세서에서 해결
 - 각 프로세서가 독자적인 운영체제를 가지고 있기 때문에 한 프로세서가 고장나더라도 전체 시스템이 다운되지 않음
대칭적 처리기  - 여러 프로세서들이 완전한 기능을 갖춘 하나의 운영체제를 공유하여 수행하는 구조
 - 가장 복잡한 구조를 가지나 가장 강력한 시스템
 - 여러 개의 프로세서 동시 수행 가능, 시스템의 전반적 정보를 통일적이고 일관성 있게 운영
 - 프로세서의 수를 늘린다고 해도 시스템 효율은 향상되지 않음
 - 프로세서 간의 통신은 공유 메모리를 통해 이루어짐

프로세서의 결합도

다중 처리기는 프로세서 간 결합도에 따라 다음과 같이 분리

   
약결합
(Loosely
Coupled)
시스템
 - 각 프로세서마다 독립된 메모리를 가진 시스템, 분산 처리 시스템이라고도 함
 - 둘 이상의 독립된 컴퓨터 시스템을 통신망(통신 링크)을 통하여 연결
 - 각 시스템마다 독자적 운영체제를 가짐
 - 각 시스템은 독립적으로 작동할 수 있고, 필요한 경우 상호 통신할 수도 있음
 - 프로세서 간의 통신은 메시지 전달이나 원격 프로시저 호출을 통해 이루어짐
 - 각 시스템마다 독자적인 운영이 가능하므로 CPU간 결합력이 약함
강결합
(밀결합,
Tightly
Coupled)
시스템
 - 동일 운영체제하에서 여러 개의 프로세서가 하나의 메모리를 공유하여 사용하는 시스템, 다중 처리 시스템이라고도 함
 - 하나의 운영체제가 모든 프로세서와 시스템 하드웨어를 제어
 - 프로세서 간 통신은 공유 메모리를 통해 이루어짐
 - 하나의 메모리를 사용하므로 CPU간 결합력이 강함
 - 공유 메모리를 차지하려는 프로세서 간의 경쟁 최소화 필요

분산 처리 시스템

분산 처리 시스템의 목적 / 장 · 단점

분산 처리 시스템의 목적

   
자원 공유  각 시스템이 통신망을 통해 연결되어 있으므로 유용한 자원을 공유하여 사용 가능
연산 속도 향상  하나의 일을 여러 시스템에 분산시켜 처리함으로써 연산 속도 향상
신뢰도 향상  여러 시스템 중 하나의 시스템에 오류가 발생하더라도 다른 시스템은 계속 일을 처리할 수 있므으로 신뢰도 향상
컴퓨터 통신  지리적으로 떨어져 있더라도 통신망을 통해 정보 교환 가능

분산 처리 시스템의 장 · 단점

  • 장점 : 통신 용이, 장치 공유, 데이터 공유, 중앙 컴퓨터 과부하 줄임, 컴퓨터의 위치를 몰라도 자원 사용 가능, 시스템의 점진적 확장 가능 등
  • 단점 : 중앙 집중형 시스템에 비해 소프트웨어 개발이 어려움, 보안 문제 발생, 설계 복잡 등

분산 처리 시스템의 투명성

  • 투명성(Transparency, Transparence) : 분산 처리 운영체제에서 구체적인 시스템 환경을 사용자가 알 수 없도록 하며, 또한 사용자들로 하여금 이에 대한 정보가 없어도 원하는 작업을 수행할 수 있도록 지원
  • 여러 유형의 투명성을 통해 자원의 위치나 정보가 변경되더라도 사용자가 이를 인식하지 못하게 함

투명성의 종류

   
위치(Location)
투명성
 사용자가 하드웨어나 소프트웨어와 같은 자원(정보 객체)의 물리적 위치를 모르더라도 자원에 접근할 수 있도록 함
이주(Migration)
투명성
 사용자나 응용 프로그램의 동작에 영향받지 않고 시스템 내에 있는 자원을 이동할 수 있도록 함
복제(Replication)
투명성
 자원의 복제를 사용자에게 통지할 필요 없이 자유로이 수행할 수 있음
병행(Concurrencyj)
투명성
 자원의 위치를 모르더라도 다중 사용자들이 자원을 병행하여 처리하고, 공유할 수 있도록 함
접근(Access)
투명성
 각 프로세서의 로그인 등과 같은 동작을 사용하여 지역이나 원격 자원에 접근할 수 있음
성능(Performance)
투명성
 여러 부하에 대해 성능을 증가시키기 위하여 시스템을 재구성할 수 있도록 함
규모(Scaling)
투명성
 시스템이나 응용 프로그램들이 시스템 구조나 응용 알고리즘에 대한 변경 없이 규모에 맞추어 확장할 수 있도록 함
고장(Failure)
투명성
 사용자나 응용 프로그램이 하드웨어나 소프트웨어 구성 요소의 고장에도 불구하고 그들의 작업을 완료할 수 있도록 함

분산 처리 시스템의 분류

위상에 따른 분산 처리 시스템의 분류

   
완전 연결
(Fully Connection)형
 - 각 사이트들이 시스템 내의 다른 모든 사이트들과 직접 연결된 구조
 - 사이트의 수가 n개이면 링크(연결) 수는 n(n-1)/2개
 - 기본 비용은 많지만, 통신 비용은 적게 들고, 신뢰성이 높음
 - 사이트 간의 메시지 전달이 매우 빠름
부분 연결
(Partially Connection)형
 - 시스템 내의 일부 사이트들 간에만 직접 연결된 형태로, 직접 연결되지 않은 사이트는 연결된 다른 사이트를 통해 통신하는 구조
 - 기본 비용은 완전 연결형보다 적고, 통신 비용은 많이 듦
 - 완전 연결형보다 신뢰성이 낮음
트리(Tree) / 
계층(Hierarchy)형
 - 분산 처리 시스템의 가장 대표적인 형태로, 각 사이트들이 트리 형태로 연결된 구조
 - 기본 비용은 부분 연결형보다 적게 들고, 통신 비용은 트리의 깊이에 비례함
 - 부모(상위) 사이트의 자식(하위) 사이트들은 그 부모 사이트를 통해 통신이 이루어지
 - 부모 사이트가 고장나면 그 자식 사이트들은 통신이 불가능함
스타(Star) 형 / 성형  - 모든 사이트가 하나의 중앙 사이트에 직접 연결되어 있고, 그 외의 다른 사이트와는 연결되어 있지 않은 구조
 - 기본 비용은 사이트의 수에 비례하며, 통신 비용은 적게 듦
 - 중앙 사이트를 제외한 사이트의 고장이 다른 사이트에 영향을 미치지 않지만, 중앙 사이트가 고장 날 경우 모든 통신이 단절됨
링(Ring)형 / 환형  - 시스템 내의 각 사이트가 인접하는 다른 두 사이트와만 직접 연결된 구조
 - 정보는 단방향 또는 양방향으로 전달될 수 있음
 - 기본 비용은 사이트 수에 비례하고, 목적 사이트에 데이터를 전달하기 위해 링을 순환할 경우 통신 비용이 증가함
다중 접근 버스 연결(Multi Access Bus Connection) 형  - 시스템 내의 모든 사이트들이 공유 버스에 연결된 구조
 - 기본 비용은 사이트 수에 비례하고, 통신 비용은 일반적으로 저렴함
 - 사이트의 고장은 다른 사이트의 통신에 영향을 주지 않지만, 버스의 고장은 전체 시스템에 영향을 줌
 - 사이트의 추가와 삭제가 용이

 

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