szó jelentését keresi. A DICTIOUS-ban nem csak a
szó összes szótári jelentését megtalálod, hanem megismerheted az etimológiáját, a jellemzőit és azt is, hogyan kell a
szót egyes és többes számban mondani. Minden, amit a
szóról tudni kell, itt található. A
szó meghatározása segít abban, hogy pontosabban és helyesebben fogalmazz, amikor beszélsz vagy írsz. A
és más szavak definíciójának ismerete gazdagítja a szókincsedet, és több és jobb nyelvi forráshoz juttat.
Főnév
asymmetric multiprocessing (tsz. asymmetric multiprocessings)
- (informatika) Az aszimmetrikus multiprocesszing (Asymmetric Multiprocessing, AMP) olyan számítógépes architektúra, amelyben több processzor működik együtt, de nem egyenrangúan. Ez ellentétes a szimmetrikus multiprocesszinggel (SMP), ahol minden processzor egyenlő jogú, és hozzáférhet minden erőforráshoz (memória, eszközök stb.) azonos módon.
1. Bevezetés a Multiprocesszingbe
A multiprocesszing célja a számítási teljesítmény növelése azáltal, hogy egy rendszerben több processzort (CPU-t) használunk. Ez lehetővé teszi:
- párhuzamos végrehajtást,
- nagyobb teljesítményt,
- jobb kihasználtságot,
- hibamentes működést bizonyos esetekben.
Két fő típusa van:
- SMP (Symmetric Multiprocessing): Minden CPU teljes jogú, osztozik a memórián és az operációs rendszeren.
- AMP (Asymmetric Multiprocessing): Az egyik CPU főnök (master), a többi beosztott (slave).
2. AMP – Részletes működés
AMP esetén a rendszer processzorai nem egyenrangúak. Általában az egyik processzor felel az operációs rendszer futtatásáért, míg a többi csak meghatározott feladatokat hajt végre.
2.1. Főbb jellemzők
- Egy CPU az „irányító” (master), ez futtatja az OS-t.
- A többi CPU (slave) csak meghatározott kódot hajt végre, amit a master utasítására kap.
- A slave CPU-k nem képesek önállóan futtatni OS-t.
- A memóriahoz és eszközökhöz való hozzáférés korlátozott lehet.
2.2. Kommunikáció és vezérlés
- A master CPU döntései alapján küldi el a feladatokat a slave CPU-knak.
- Az inter-processzor kommunikáció gyakran valamilyen megosztott memórián vagy mailbox rendszeren keresztül történik.
3. Példák AMP rendszerekre
3.1. Beágyazott rendszerek
- Gyakran használ AMP-t, például mikrokontrollerekben vagy IoT eszközökben.
- Egy processzor kezeli a fő vezérlést (pl. interfészek), míg mások kezelik az érzékelőket, jelfeldolgozást stb.
3.2. ARM big.LITTLE architektúra
- Bár egyes implementációk SMP-ként működnek, sok ARM-alapú SoC (System on Chip) valójában AMP módon működik, különösen korai verzióikban.
- Erős CPU-k (big) a nehéz feladatokat futtatják, míg energiatakarékos CPU-k (LITTLE) a háttérfeladatokat.
3.3. DSP+MCU rendszerek
- Digitális jelfeldolgozó egység (DSP) számításigényes matematikai műveleteket végez, míg a mikrokontroller (MCU) vezérlőfeladatokat.
4. Előnyök
4.1. Determinisztikus működés
- A slave CPU-k fix feladatokat látnak el, ami időzítés szempontjából kiszámíthatóbb viselkedést eredményez – ez kritikus lehet valósidejű rendszereknél.
4.2. Egyszerűbb fejlesztés kis rendszerekhez
- Nincs szükség bonyolult szinkronizációra vagy OS-re minden CPU-n.
- A slave CPU-k programozhatók egyszerű firmware-ekkel.
4.3. Költséghatékonyság
- Nem szükséges minden CPU-t teljes értékű rendszerként kezelni.
- Energiahatékony lehet, ha csak egy CPU van állandóan aktívan.
5. Hátrányok
5.1. Skálázhatóság hiánya
- A rendszer nehézkesen bővíthető, mert az OS csak egy CPU-n fut.
- A master CPU lehet szűk keresztmetszet.
5.2. Komplexitás nő a vezérlésben
- A master-slave szinkronizáció és feladatkiosztás megtervezése bonyolult lehet.
5.3. Korlátozott hibatűrés
- Ha a master CPU meghibásodik, az egész rendszer működésképtelenné válhat.
6. Összehasonlítás SMP-vel
| Tulajdonság
|
AMP
|
SMP
|
| CPU-k szerepe
|
Egy fő (master), több alárendelt
|
Minden CPU egyenrangú
|
| OS futtatása
|
Csak master CPU-n
|
Bármely CPU-n
|
| Skálázhatóság
|
Nehezen bővíthető
|
Jól skálázható
|
| Hibatűrés
|
Master CPU kiesése kritikus
|
Jobb hibatűrés
|
| Használat
|
Beágyazott rendszerek, RTOS-ek
|
Nagyteljesítményű rendszerek
|
7. Használati esetek
7.1. Valósidejű rendszerek
- Az AMP népszerű választás RTOS-ek (Real-Time Operating Systems) esetén, mivel kiszámíthatóbb viselkedést biztosít.
7.2. Egyedi hardvereszközök
- Kamera rendszerek, járműirányítás, robotika – ahol egy CPU vezérli a rendszert, a többi szenzorokat vagy motorokat kezel.
7.3. Költségérzékeny IoT eszközök
- Egyszerűbb tervezés és kevesebb memóriaigény a slave CPU-k számára.
8. Fejlesztési kihívások AMP rendszerekben
8.1. Különböző architektúrák kezelése
- Az AMP rendszer CPU-i eltérő architektúrájúak is lehetnek – pl. ARM + DSP, ami külön toolchaint és build rendszert igényel.
8.2. Debug és szinkronizáció
- Nehezebb nyomon követni, ha a CPU-k között versenyhelyzet vagy halott zár alakul ki.
8.3. Rendszerszintű hibakezelés
- Mivel a CPU-k nem tudják egymást teljesen helyettesíteni, egy komponens kiesése komoly hatással lehet a teljes működésre.
9. Fejlesztői környezetek és támogatás
- Fejlesztés során gyakran külön firmware-t kell írni minden CPU-hoz.
- A népszerű RTOS-ek (pl. FreeRTOS, VxWorks, Zephyr) kínálnak támogatást AMP rendszerekhez.
- A bare-metal programozás jellemző slave CPU-kon.
10. Következtetés
Az aszimmetrikus multiprocesszing egy hatékony architektúra olyan esetekre, ahol a teljesítményre, kiszámíthatóságra és költséghatékonyságra van szükség, de nem feltétlenül elvárás a CPU-k közötti egyenrangúság. Különösen fontos szerepe van a beágyazott rendszerek, valós idejű vezérlés, valamint a heterogén architektúrák világában. Azonban korlátai miatt nem alkalmas nagyméretű, skálázható számítási feladatokra, ahol inkább a szimmetrikus vagy heterogén multiprocesszing (pl. HMP) jöhet szóba.