تقارب المعالج

قد يُقاطع مُجدول نظام التشغيل تنفيذَ أحد الخيوط لإفساح المجال لبرامج أو خيوط أخرى أثناء المقاطعة. إذا أُعيد توجيه الخيط لاحقًا إلى المعالج الذي كان يعمل عليه سابقًا، فقد تبقى بعض البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية (CPU) والتي يُمكن إعادة استخدامها، مما يُقلل من حالات عدم العثور على البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت . ^{[ 4 ]} يضمن تحديد تقارب المعالج تشغيل الخيط دائمًا على نفس المعالج (المعالجات)، ولكنه في الوقت نفسه يُجبره على الانتظار حتى يصبح المعالج (المعالجات) متاحًا مرة أخرى. تُعد هذه الميزة مفيدة بشكل خاص للعمليات كثيفة الاستخدام لوحدة المعالجة المركزية (CPU) والتي تحتوي على عدد قليل من المقاطعات. قد يؤدي تطبيق نفس الإجراء على برنامج عادي إلى إبطائه، حيث يميل إلى التعرض للمقاطعات بشكل متكرر وينتهي به الأمر بالانتظار لفترة أطول. ^{[ 5 ]} من الأمثلة العملية على تقارب المعالج تشغيل نسخ متعددة من تطبيق أحادي الخيط، مثل بعض برامج عرض الرسومات. ^{[ 6 ]}

في وحدات المعالجة المركزية التي تدعم تقنية تعدد الخيوط المتزامنة (SMT، والمعروفة أيضًا باسم تقنية تعدد الخيوط الفائقة ، وهي علامة تجارية عامة لشركة إنتل)، تتشارك الخيوط (المعالجات المنطقية، أو النوى الافتراضية) الموجودة على نواة فعلية واحدة في ذاكرتي التخزين المؤقت L1 وL2. وبالنسبة لأهمية التقارب المكاني، فهي متطابقة. ^{[ 7 ]}

في أنظمة الوصول غير الموحد للذاكرة (NUMA)، توجد مشكلة مشابهة، إلا أن زمن الاستجابة لا ينجم عن أخطاء ذاكرة التخزين المؤقت L1/L2، بل عن أخطاء ذاكرة التخزين المؤقت L3 والوصول إلى الذاكرة بين العقد. يضمن تقييد جميع خيوط البرنامج على نفس عقدة NUMA (أو على الأقل نفس مقبس وحدة المعالجة المركزية) إمكانية مشاركة ذاكرة التخزين المؤقت L3 الخاصة بها. قد يلزم إجراء تكوين إضافي لضمان تخصيص الذاكرة من عقدة NUMA المحلية. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تُفرض خاصية تقارب المعالج أيضًا تقسيمًا ثابتًا لموارد المعالجة. ونتيجةً لذلك، يُمكن استخدامها للحد من عدد أنوية وحدة المعالجة المركزية التي يستخدمها برنامجٌ مُستهلكٌ لوحدة المعالجة المركزية بكثافة، مما يُتيح استخدام أنوية أخرى للبرامج الأخرى. بالطبع، هذا ليس الأمثل، إذ سيترك موارد غير مُستغلة تمامًا عندما لا تكون هناك برامج أخرى قيد التشغيل، كما سيسمح للبرامج الأخرى بالتنافس مع البرنامج المُستهلك لوحدة المعالجة المركزية بكثافة على الموارد الموجودة على الأنوية القليلة المُخصصة له. تشمل الطرق الأكثر تقدمًا لتقسيم الموارد إعدادات أولوية وحدة المعالجة المركزية، وحصص استخدام وحدة المعالجة المركزية، وحدود النسبة المئوية للاستخدام. ^{[ 10 ] [ 7 ]}

مرة أخرى، في وحدات المعالجة المركزية التي تدعم تقنية تعدد المهام المتزامنة (SMT)، قد يقع مُجدوِلو المهام غير المُدركين لهذه التقنية في خطأ جدولة العمل على نواة غير مشغولة مع نواة أخرى مشغولة، في حين أن هناك نوى فعلية غير مشغولة. سيؤدي هذا إلى تنافس غير ضروري على الموارد بين الخيطين. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تُعيّن البرامج متعددة الخيوط التي تستهلك موارد وحدة المعالجة المركزية بكثافة يدويًا تقارب خيوطها لضمان عدم تنافسها على نفس النواة الفعلية. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

في نظام لينكس ، يمكن تغيير تقارب وحدة المعالجة المركزية لعملية ما باستخدام برنامج taskset(1) ^{[ 13 ]} واستدعاء النظام sched_setaffinity(2) ^{[ 14 ]} . ويمكن تغيير تقارب الخيط باستخدام إحدى دوال المكتبة: pthread_setaffinity_np(3) أو pthread_attr_setaffinity_np(3).

في أنظمة SGI ، يقوم dplace بربط عملية بمجموعة من وحدات المعالجة المركزية. ^{[ 15 ]}

في أنظمة NetBSD 5.0 ​​و FreeBSD 7.2 و DragonFly BSD 4.7 والإصدارات الأحدث ، يمكن pthread_setaffinity_npاستخدام ^{[ 16 ] و [ 17 ]} أداة psrset لتعيين تقارب مؤشر ترابط مع مجموعة معالجات مركزية معينة. أما في FreeBSD ، فتُستخدم ^{أداة cpuset} لإنشاء مجموعات المعالجات المركزية وتخصيص العمليات لهذه المجموعات.pthread_getaffinity_np

في نظام التشغيل DragonFly BSD 1.9 (2007) والإصدارات اللاحقة، usched_setيمكن استخدام استدعاء النظام للتحكم في تقارب العملية. ^{[ 19 ] [ 20 ]} في نظام التشغيل DragonFly BSD 3.1 (2012) والإصدارات اللاحقة، يمكن استخدام أداة usched لتخصيص العمليات لمجموعة معينة من وحدات المعالجة المركزية. ^{[ 21 ]}

في نظام سولاريس، يُمكن التحكم في ربط العمليات ووحدات العمل المحلية (LWPs) بالمعالج باستخدام البرنامج pbind(1) ^{[ 22 ]} . وللتحكم في التقارب برمجيًا، يُمكن استخدام البرنامج processor_bind(2) ^{[ 23 ]} . كما تتوفر واجهات أكثر عمومية، مثل pset_bind(2) ^{[ 24 ]} أو lgrp_affinity_get(3LGRP) ^{[ 25 ]} ، باستخدام مفاهيم مجموعات المعالجات ومجموعات المواقع.

في نظام AIX، يُمكن التحكم في ربط العمليات باستخدام الأمر bindprocessor ^{[ 26 ] [ 27 ]} وواجهة برمجة التطبيقات bindprocessor(). ^{[ 26 ] [ 28 ]} يدعم مُجدول AIX تقنية تعدد الخيوط المتزامنة (SMT)، وهو قادر على تغيير حالات SMT لأنوية POWER7/8/9 من خيط واحد إلى 8 خيوط لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد. ^{[ 29 ]}

في نظام التشغيل Windows NT والإصدارات اللاحقة، يمكن ضبط تقارب وحدة المعالجة المركزية للخيوط والعمليات بشكل منفصل باستخدام استدعاءات واجهة برمجة التطبيقات SetThreadAffinityMask ^{[ 33 ]} و SetProcessAffinityMask ^{[ 34 ]} أو عبر واجهة إدارة المهام (لتقارب العمليات فقط). ^{[ 35 ]}

يمكن تحقيق فرض توجيه كل خيط OpenMP إلى نوى منطقية منفصلة في نظام التشغيل Windows عن طريق استخدام كود C التالي ، مع ملف الرأس <Windows.h> :

#include <Windows.h> #include <omp.h>// تعيين تقارب خيط OpenMP void setThreadAffinity ( void ) { #pragma omp parallel default(shared) { DWORD_PTR mask = ( DWORD_PTR ) 1 << omp_get_thread_num (); SetThreadAffinityMask ( GetCurrentThread (), mask ); } }