程序原本(八十五):系统的基础部件——分布(当依赖在时间维度下不可分解)

阅读数:29 2019 年 10 月 5 日 13:34

程序原本(八十五):系统的基础部件——分布(当依赖在时间维度下不可分解)

在“进程-线程”模型中,如果将进程想象为一个函数(例如main()),那么操作系统将认为“各个进程所对应的函数main()”之间是可以分布的,也就是可拆分,并且每个拆分单元都是可处理的。因此为了达到这一效果,每个进程配置的“资源”也都是一样的,例如各自拥有显示器、硬盘、内存(地址空间)、键盘等虚拟设备。大多数情况下,在操作系统层面屏蔽了这个事实:上述的设备是硬件唯一的,每个独立进程只是持有了这个设备的一个“(可操作的)映像”而已。

无论如何,这些构成了我们的操作系统“能分时处理”的事实。随后工业界便一股脑地将同样的问题与同样的解决方案套用到“多处理器(多核)”计算机中去,认为在这样的计算系统中,无非是将“能分时处理的”那些函数放在了不同的处理器中而已。

然而这一切的基础并不牢靠:子函数真的是可以分布的吗?

对于一个函数而言,可拆分总是必然的。这是基于顺序执行的一个简单推理:若一个函数总是由顺序、分支与循环逻辑构成,且分支与循环总是可以被视为顺序逻辑的一个步骤,则函数必然可以拆分成多个顺序逻辑的步骤。

但拆分的结果(设为函数 A 与函数 B)是否都是可处理的呢?既然函数 A 与函数 B 是拆分自同一时序下的两个逻辑,这涉及两个关键问题:

  • 其一,若函数的逻辑本身不依赖该时序,则可以处理;
  • 其二,若函数 B 所处理的数据,在时序上不依赖函数 A 的处理结果,则函数 B 可以处理,反之亦然。

这两个问题的反例可以分别被称为:

  • 逻辑依赖时序,例如函数 B 用于计算函数 A 的执行时长,则函数 B 必须在函数 A 逻辑结束之后执行;
  • 数据依赖时序,例如函数 B 用于计算函数 A 的结果的倍数,则函数 B 必须使用函数 A 的结果数据。

它们准确地说就是“(逻辑或数据的)时序依赖”,即在时间维度下不可分解。这预示着我们的“函数”总存在无法拆分的可能。换言之,必然存在无法通过“分布(或组织的结构化)”来解决的规模 / 复杂性系统问题。

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