Сетевые операционные системы
Распределенная разделяемая память в Mach
Концепция внешних менеджеров памяти в Mach хорошо подходит для реализации распределенной страничной разделяемой памяти. В этом разделе будут кратко описаны некоторые из работ, выполненные в этой области. Основная идея состоит в том, чтобы получить единое, линейное виртуальное адресное пространство, которое разделяется между процессами, работающими на компьютерах, которые не имеют какой-либо физической разделяемой памяти. Когда нить ссылается на страницу, которой у нее нет, то происходит страничное прерывание. Требуемая страница отыскивается на одном из дисков сети, доставляется на ту машину, где произошел страничный сбой, и помещается в физическую память, так что нить может продолжать работать.
Так как Mach уже имеет менеджеры памяти для различных классов объектов, то естественно ввести новый объект памяти - разделяемую страницу. Разделяемые страницы управляются одним или более специальными менеджерами памяти. Одной из возможностей является существование единого менеджера памяти, который управляет всеми разделяемыми страницами. Другой вариант состоит в том, что для каждой разделяемой страницы или набора разделяемых страниц используется свой менеджер памяти, чтобы распределить нагрузку.
Еще одна возможность состоит в использовании различных менеджеров памяти для страниц с различной семантикой. Например, один менеджер памяти мог бы гарантировать полную согласованность памяти, означающую, что любое чтение, следующее за записью, всегда будет видеть самые свежие данные. Другой менеджер памяти мог бы предоставлять более слабую семантику, например, что чтение никогда не возвращает данные, которые устарели более, чем на 30 секунд.
Рассмотрим наиболее общий случай: одна разделяемая страница, централизованное управление и полная согласованность памяти. Все остальные страницы локальны для каждой отдельной машины. Для реализации этой модели нам понадобится один менеджер памяти, который обслуживает все машины системы. Назовем его сервером распределенной разделяемой памяти (Distributed Shared Memory, DSM).
DSM- сервер обрабатывает ссылки на разделяемую страницу. Обычные менеджеры памяти управляют остальными страницами. До сих пор мы молчаливо подразумевали, что менеджер или менеджеры памяти, которые обслуживают данную машину, должны быть локальными для этой машины. Фактически, из-за того, что коммуникации прозрачны в Mach, менеджер памяти не обязательно располагается на той машине, чьей памятью он управляет.
Разделяемая страница всегда доступна для чтения или записи. Если она доступна для чтения, то она может копироваться (реплицироваться) на различные машины. Если же она доступна для записи, то должна быть только одна ее копия. DSM-сервер всегда знает состояние разделяемой страницы, а также на какой машине или машинах она в настоящий момент находится. Если страница доступна для чтения, то DSM-сервер сам имеет ее действительную копию.
Предположим, что страница является доступной для чтения, и нить, работающая на какой-то машине, пытается ее прочитать. DSM-сервер просто посылает этой машине копию страницы, обновляет свои таблицы, чтобы зафиксировать еще одного читателя, и завершает на этом данную работу. Страница будет отображена в новой машине и помечена "для чтения".
Теперь предположим, что один из читателей пытается осуществить запись в эту страницу. DSM-сервер посылает сообщение ядру или ядрам, которые имеют эту страницу, с просьбой вернуть ее. Сама страница не должна передаваться, так как DSM-сервер имеет ее действительную копию. Все, что требуется, это подтверждение, что страница больше не используется. После того, как все ядра освободят страницу, писатель получает ее копию вместе с разрешением использовать ее для записи.
Если теперь кто-либо еще хочет использовать эту страницу (которая теперь доступна для записи), DSM-сервер говорит текущему ее владельцу, что ее нужно прекратить использовать и вернуть. Когда страница возвращается, она может быть передана одному или нескольким читателям или одному писателю. Возможны многие вариации этого централизованного алгоритма, например, не запрашивать возвращение страницы до тех пор, пока машина, владеющая ею, не попользуется в течение некоторого минимального времени.Возможно также и распределенное решение.
