「DS」分布式共享内存

                    分布式共享内存

分布式共享内存，Distributed Shared Memory(DSM),是一种构架，多个机器共享所有的内存，看到的是同一块地址空间。这样就像使用同一个机器一样，操作不同机器上的内存了。

 

1.1 简单实现

一个很直接地想法，就是做一个内存的映射表。比如4个4G的机器，组成一个16G的共享内存。那么0-4G映射到机器1上，4-8G映射到机器2上，依次类推。读的时候，直接去对应的机器去读；写的时候，给对应的机器发送一个写的请求，即可。

但是毕竟是分布式，分布式系统环境下一个非常有意思的问题就是网络延迟的不确定性。比如机器A更新了实际物理内存在B上的数据，C再读的时候会有一个很大的延迟。这样就对一致性有了要求。

举个例子

Z = X = Y = f_x = f_y = 0
thread1: x = 1, f_x = 1
thread2: while f_x == 0;
    y = 2, f_y = 1
thread3: while f_y == 0;
	z = x + y

z 有可能为，0，1，2，3。为什么呢？

| x | y | z | f_x f_y |

thread1发送了写x和f_x的请求，f_x到达了，x有可能没有到达，所以thread2继续执行了；同样道理，f_y到达了，y有可能没有到达，所以thread3看到的x和y可能是更新过的，也可能是没有更新过的。

 

1.2 代替方案

本地缓存数据；读的时候直接读；写的时候发送写到所有的副本上。

z 可能为 2， 3。因为p3不依赖p1，可能会延迟。也就是p1->p2->p3，p3此时没有接受到p1的数据。

 

2.一致性问题

2.1 what is correct

其实这时候，我们需要一个概念，描述什么样的标准是正确的；或者说程序员默认的，能接受的。并行体系结构，如何判定执行结果是正确的？一个直观的想法，并行处理的结果，等价于一个单核单内存执行相同指令的结果。那么什么是等价？标准有严有松，因而引发了不同级别的一致性定义。

分布式系统里的一致性，根据wiki的定义，指的是特定的操作会产生特定的结果，相当于程序员和系统之间的一个协议。这里再具体一点，指的是系统提供的读写接口，会有什么样的效果。

一致性有强有弱。对于一个操作集合，如果能找出一个全局的顺序，使得在并行构架上执行这个集合的结果等价于该全局顺序，就是强一致性；否则是弱一致性。

DSM里面使用的是强一致性，所以这里介绍两种一致性模型，strict consistency和Sequential consistency。

 

2.2 严格一致性

strict consistency，每个指令有一个时间戳。严格按照时间戳执行。这里时间戳是一个假想的。

1. 所有的core看到同一个指令集合；
2. 按照同一个顺序（时间戳）执行；
3. 读写内存必须等到内存值被改变，才能算作完成指令。
   所以整个系统只能有一种操作方式。

 

2.3 顺序一致性

Sequential consistency:

1. 指令并集是一样
2. 多核里每个核内的执行顺序，等价于单核里的执行顺序。
3. 多核并行执行的结果 == 单核机器执行的结果。 找到一个即可

比strict 放宽了，线程间的指令顺序可以调换。global order 可以不唯一。

 

3.DMS实现

一般来说，实现顺序一致性就够了，实际系统很少有严格一致性。DSM的一种实现方式(IVY)就是顺序一致性。

具体做法：

1. 有一个全局的路由表，每一个虚拟内存，有一个owner和若干个copy。路由表由一个manager管理。
2. 读写直接在本地操作；如果本地没有对应的缓存，或者读写权限不对，触发pagefault，很像操作系统。
3. 如果触发读的pagefault，会向manager发请求，告之owner，owner会向该节点发送一个copy。
4. 如果触发的是写pagefault，会向manager发请求，首先复制owner，然后将原来的owner和copyset的数据全置为invalid，然后设立新的owner。

 

 

转载：https://liumx10.github.io/2016/05/25/DSM/