マルチプロセッシング：構成、タイプ、要件、利点 - 技術 - 2025

マルチプロセッシングコンピュータに適用されるが、それは物理的に複数のプロセッサよりもコンピュータの操作の一形態です。目的は、プログラムのさまざまな部分を同時に実行することをいとわないことです。

これらの複数の中央処理装置（CPU）は密接に通信しており、バス、メモリ、およびコンピューターの他の周辺機器を共有しています。複数のプロセッサを使用できるため、複数のプロセスを同時に実行できます。

出典：Khazadum

マルチプロセッシングとは、同時に実行されるプロセスの数ではなく、CPUユニットの数を指します。ハードウェアが複数のプロセッサを提供する場合、それはマルチプロセッシングです。これは、複数のプロセッサの計算能力を利用するシステムの能力です。

マルチプロセッシングシステムは、大量のデータセットを処理するのに十分な速度を必要とする場合に非常に役立ちます。これらのシステムは、主に天気予報、衛星制御などのアプリケーションで使用されます。

このタイプのマルチプロセッシングシステムは、パーソナルコンピューターに確実に組み込むためにコストを削減する前に、最初に大型コンピューターまたはメインフレームに登場しました。

マルチプロセッシングとは何ですか？

マルチプロセッシングシステムのサポートにより、複数のプロセスを並行して実行できます。

プロセスPr1、Pr2、Pr3およびPr4が実行されるのを待っているとします。シングルプロセッサシステムでは、1つのプロセスが最初に実行され、次に次のプロセスが実行されます。

ただし、マルチプロセッシングでは、各プロセスを特定のCPUに設定して処理できます。

2つのプロセッサを備えたデュアルコアプロセッサの場合、2つのプロセスを同時に実行できるため、これらのプロセスは2倍の速度になります。同様に、クアッドコアプロセッサは、シングルプロセッサより4倍高速です。

特定の機能が各プロセッサによって実行されるように割り当てられているため、作業を実行し、一連の命令を次のプロセッサに配信し、新しい一連の命令の作業を開始できます。

たとえば、より大きなプロセッサは、「スレーブ」プロセッサを使用して、メモリ管理などのさまざまなクリーニングタスクを実行できます。

同様に、さまざまなプロセッサを使用して、データ通信、メモリストレージ、または演算機能を管理できます。

マルチプロセッシングとマルチプログラミングの違い

システムは複数のプロセッサを物理的に搭載することによりマルチプロセッシングであり、同時に実行される複数のプロセスがある場合、マルチプログラミングになる可能性があります。

したがって、マルチプロセッシングとマルチプロセッシングの違いは、マルチプロセッシングは複数のプロセッサーで複数のプロセスを同時に実行するのに対し、マルチプロセッシングは複数のプログラムをメインメモリに保持し、単一のCPUを介して同時に実行することです。

つまり、マルチプロセッシングは並列処理を介して行われ、マルチプログラミングは単一のCPUがあるプロセスから別のプロセスに切り替わったときに行われます。

必要条件

マルチプロセッシングシステムを効果的に使用するには、コンピューターシステムに次のものが必要です。

プロセッサーのサポート

マルチプロセッシングシステムでそれらを使用する機能を持つプロセッサのセットが必要です。

マザーボードブラケット

複数のプロセッサを収容して処理できるマザーボード。これは、チップを追加するための追加のソケットまたはスロットを意味します。

オペレーティングシステムのサポート

マルチプロセッシングタスク全体は、オペレーティングシステムによって管理されます。オペレーティングシステムは、システム内のさまざまなプロセッサによって実行されるさまざまなタスクを割り当てます。

マルチプロセッシングで使用するように設計されたアプリケーションは、ステッチされると言われます。つまり、アプリケーションは、独立して実行できる小さなルーチンに分割されます。

これにより、オペレーティングシステムはこれらのスレッドを複数のプロセッサで同時に実行できるようになり、マルチプロセッシングとパフォーマンスの向上につながります。

マルチプロセッシングのタイプ

対称型マルチプロセッシング

このタイプのマルチプロセッシングでは、すべてのプロセッサが同じレベルの相互関係を持っています。つまり、プロセッサ間にはマスターとスレーブの関係はありません。

すべてのプロセッサには同じオペレーティングシステムのコピーが含まれているため、すべてのプロセッサは互いに通信します。

対称型マルチプロセッシングシステムの例は、Multimaxコンピューター用のUnixのEncoreバージョンです。

非対称マルチプロセッシング

このタイプのマルチプロセッシングには、他のすべてのプロセッサに指示を与え、それぞれに以前に定義されたタスクを割り当てるマスタープロセッサがあります。これは最も経済的なオプションであり、プロセッサ間のマスタースレーブ関係を維持します。

このタイプのマルチプロセッシングは、対称型マルチプロセッサーが導入されるまで存在していました。

利点

高い生産性

マルチプロセッシングを使用すると、より短時間でより多くのタスクを完了できます。

複数のプロセッサが一緒に動作する場合、単位時間あたりに実行されるプロセスの数を増やすことにより、システムパフォーマンスが向上します。

より高い信頼性

プロセッサに障害が発生すると、マルチプロセッシングの信頼性が高まります。これは、この状況ではシステムの速度は低下しますが、クラッシュは発生しないためです。障害が発生しても動作を継続するこの機能は、グレースフルデグラデーションと呼ばれます。

たとえば、合計5つのプロセッサのうち1つのプロセッサが故障しても、ジョブは失敗しませんが、残りの4つのプロセッサが故障したプロセッサの作業を共有します。したがって、システムは完全にクラッシュするのではなく、20％遅く動作します。

お金を節約

これらのシステムは、プロセッサが電源、周辺機器、およびその他のデバイスを共有できるため、シングルプロセッサシステムよりも長期的にお金を節約できます。

データを共有する複数のプロセスがある場合、データを共有するためにマルチプロセッシングシステムでそれらをプログラムすることをお勧めします。そのデータの複数のコピーを持つ異なるコンピューターシステムを用意するよりも。

短所

購入コストが高い

マルチプロセッシングシステムは、複数のコンピューターシステムを使用するよりも長期的には安価ですが、それでもかなり高価です。

マルチプロセッサシステムよりもシングルプロセッサのシンプルなシステムを購入する方がはるかに安価です。

複雑なオペレーティングシステム

マルチプロセッシングシステムでは、より複雑なオペレーティングシステムが必要です。

これは、メモリやデバイスなどを共有する複数のプロセッサがあるためです。プロセスへのリソースの分散は、プロセッサが1つだけの場合よりも複雑です。

大量のメモリが必要

マルチプロセッシングシステムのすべてのプロセッサはメインメモリを共有します。したがって、シングルプロセッサシステムと比較して、はるかに大きなメモリプールが必要です。

参考文献

1. Dinesh Thakur（2019）。定義マルチプロセッサオペレーティングシステム。ecomputernotes from from：ecomputernotes.com。
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