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Begründung für lokale Warteschlangen je Prozessor in Multiprozessorarchitekturen
Die Verwendung lokaler Warteschlangen je Prozessor in Multiprozessorarchitekturen hat mehrere entscheidende Vorteile, die über die einfache Aussage, dass dadurch die "Verteilung der Threads und der Arbeit besser verteilt" ist, hinausgehen. Hier sind einige der wichtigsten Gründe:
1.
Reduzierung von Overhead und Latenzzeiten: Indem jeder Prozessor (bzw. Prozessorkern) seine eigene lokale Warteschlange für Threads besitzt, kann der Overhead für den Zugriff auf Warteschlangen erheblich reduziert werden. Dies gilt insbesondere für den Zugriffsschutz (Locking-Mechanismen), der erforderlich ist, wenn mehrere Prozessoren auf dieselbe Warteschlange zugreifen wollen. Lokale Warteschlangen minimieren diesen Overhead und reduzieren die Latenz, die entsteht, wenn ein Prozessor auf die Freigabe der Warteschlange wartet.
2.
Verbesserte Lokalität von Daten und Cache-Nutzung: Die Zuweisung eines Threads zu einem Prozessor fördert die Lokalität der Daten. Wird ein Thread wiederholt demselben Prozessor zugeteilt, ist es wahrscheinlich, dass die von diesem Thread benötigten Daten bereits im Cache des Prozessors sind. Dies reduziert die Notwendigkeit, Daten aus dem Hauptspeicher oder anderen Cache-Ebenen zu holen, was wiederum die Ausführungsgeschwindigkeit des Threads erhöht.
3.
Skalierbarkeit: Lokale Warteschlangen unterstützen die Skalierbarkeit von Multiprozessorsystemen. Bei Systemen mit einer globalen Warteschlange kann es bei steigender Anzahl von Prozessoren zu einem Engpass kommen, da alle Prozessoren versuchen, auf dieselbe Warteschlange zuzugreifen. Lokale Warteschlangen hingegen skalieren mit der Anzahl der verfügbaren Prozessoren, da jeder Prozessor seine eigene Warteschlange verwaltet.
4.
Gerechtere Ressourcennutzung: Durch die Zuweisung spezifischer Threads zu spezifischen Prozessoren können Systemeinführungen eine feinere Kontrolle über die Ressourcennutzung erlangen. Dies ermöglicht eine ausgeglichenere Verteilung der Arbeitslast über die verschiedenen Prozessoren, was zu einer verbesserten Gesamtleistung des Systems führen kann.
5.
Einfachere Scheduling-Algorithmen: Die Verwendung lokaler Warteschlangen kann die Komplexität des Scheduling-Algorithmus reduzieren. Jeder Prozessorkern kann unabhängig über den nächsten auszuführenden Thread entscheiden, basierend auf seiner eigenen Warteschlange, ohne sich um den globalen Zustand des Systems kümmern zu müssen. Dies vereinfacht sowohl die Implementierung als auch die Wartung des Scheduling-Systems.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung lokaler Warteschlangen je Prozessor in Multiprozessorarchitekturen zu einer signifikanten Leistungssteigerung, Skalierbarkeit und Effizienz führt. Ihre Begründung müsste daher über eine bessere Verteilung der Arbeit hinaus auch diese technischen und praktischen Vorteile umfassen, um die Entscheidung für lokale Warteschlangen umfassend zu rechtfertigen.
