[Operating systems] Computer-System Architecture

Single-Processor Systems

• one main CPU with its core : capable of executing a general-purpose instruction set.
• device-specific processors(special-purpose processors) : run a limited instruction set and do not run processes.
  • 예를들어 disk-controller microprocessor의 경우 자신만의 disk queue와 scheduling algorithm을 가지고 있기 때문에 main CPU의 overhead를 줄여준다.
  • Operating system은 device-specific processors와 직접 소통할 수 없다.
  • 물론 special-purpose 'processor'이기에 single-processor system이 아니지 않느냐 라고 생각할 수도 있지만, 정의에 따르면 general-purpose CPU / core만 count하기 때문에 single-process system이라고 할 수 있다.

Multiprocessor Systems

• single-core CPU를 가지고 있는 두 개 이상의 processor가 있는 system.
• processor 들은 computer bus를 공유하고, 가끔 clock, memory, peripheral device(주변 장치) 를 공유한다.
• CPU가 N개 -> 성능이 N배 라고 생각하기 쉽지만, 이 N개의 CPU가 안꼬이고 잘 동작하는지 확인하는 작업이 추가로 늘어나므로 그보다는 성능이 떨어진다.
  
• symmetric multiprocessing (SMP)
  • 각 CPU processor가 모든 작업(operating-system functions, user processes)을 실행하는 시스템.
  • 각각은 CPU, register, private(local) cache를 따로 갖고 있고, system bus를 통해 physical memory는 공유한다.
  • CPU간의 작업량의 차이가 발생할 수 있음.
    -> 특정 자료구조를 공유하면 해결할 수 있다.

• multiprocessor -> multicore로 진화.

  • multicore : 하나의 칩에 여러 코어가 들어가 있는 시스템이다.
  • between-chip communication보다 on-chip communication이 더 빠르다.
  • power도 더 적게 든다.

• CPU를 multiprocessor system에 많이 추가할 수록 좋은 것 아닌가요?

  • system bus에 대한 경쟁이 너무 심해짐 -> bottleneck 발생, 성능 하락.
    
  • non-uniform memory access(NUMA) 탄생
    • 각각의 CPU가 작고, 빠른 local bus를 통해 각자의 local memory에 접근.
    • local memory는 빠르면서 경쟁을 발생시키지 않는다.
    • 각 CPU가 하나의 메모리를 나누어서 local memory형태로 가지고 있는 방식..?
    • 단점 : CPU가 remote memory에 접근하고자 할 때 local memory에 비해 느리게 접근할 수 있으므로 여기에서 속도가 느려진다는 단점이 있다. -> OS가 이를 어느정도 해결 가능.

• blade server?

  • 하나의 chassis에 multiple processor boards, I/O boards, networking board 모두 들어가 있는 시스템.
  • 각 processor board는 각자의 OS를 가지고 있고, 따로 부팅된다.
  • multiple independent multiprocessor system을 가지고 있는 system이다.

Clustered Systems

• 생략..