Processzormagok – túlzásokba esünk

A Gartner piackutató cég nemrég megjelent elemzése szerint először a vállalati környezetben használt, sokmagos szervereknél jelentkezik a „túl sok mag” hatása. Az operációs rendszerek, a virtualizációs eszközök és az alkalmazások együtt sem képesek kiaknázni napjaink CPU-fejlődésének tempóját. Carl Claunch, a vállalat alelnökének hasonlata szerint – érzékeltetve a jelenlegi helyzetet – a szerverprocesszorok magszámának erőteljes növekedése olyan körülményeket idéz elő, mintha egy gokartba Ferrari motort raknánk. Jelen lesz ugyan a hatalmas teljesítmény, de azt számos tényező miatt közel sem képes kihajtani a köré épített rendszer.

Az elmúlt években minden egyes chipgeneráció megduplázta a lapkában levő magok számát – ez a váltás nagyjából kétévente következett be. A mikroprocesszorok egyre több magja (és magonkénti több végrehajtási szála) oda vezetett, hogy egy 32 foglalatos, ezekben 8 magos processzorokat tartalmazó új csúcskategóriás szerverben összesen 256 mag dolgozik – ez a helyzet jelenleg 2009-ben. Két év múlva, amikor megjelennek a 16 magos CPU-k, akkor ez 512 magra fog növekedni. Négy év múlva, változatlan fejlődést feltételezve, már 32 magos központi vezérlőegységeket fognak kínálni a csúcskategóriás szerverek, ami összesen 1024 magot jelent.

Ezzel azonban a Gartner szerint nem tartanak lépést a szoftverek – egyszerűen azért, mert képtelenek ekkora erőforrás kihasználására. „A legtöbb virtualizációs szoftver még 64 magot sem használ, ami pedig jóval kevesebb az 1024 magos konfigurációnál. Az adatbázis-szoftverek, a middleware-ek és alkalmazások mind bírnak hasonló korlátokkal a skálázhatóságot illetően. Valós veszélye van annak, hogy a szervezetek nem lesznek képesek kiaknázni a legújabb szerverekben dolgozó processzorok teljes erejét.” – nyilatkozta Claunch.

Hard, soft limit
Kétféle korlát (kemény és puha) áll a fejlődés útjában. Az első típusú akadály könnyebben észrevehető és korrigálható. A szoftverek implementációs részleteinek átvizsgálása során kiderülhet, hogy az adott alkalmazás rögzített darabszámú processzorral való együttműködésre van limitálva. Például egy operációs rendszer nyolcbites mezőt használhat a processzorszám tárolására, ami máris „csak” 256 darab CPU kezelését teszi lehetővé.

Míg azonban ez a fajta gát viszonylag könnyen áthidalható, a másik már sokkal keményebb dió. Utóbbiak ugyanis csak a használat során, valós helyzetekben jelentkeznek, és többnyire a szoftvertervezés karakterisztikája miatt okoznak problémát. Ezeknek következtében az adott program teljesítménye nem egyenes arányban nő a magok számának emelkedésével. Gyakran csak alig, vagy egyáltalán nem lesz több a teljesítmény, sőt, számos esetben egyenesen csökkenés tapasztalható, ahogy több processzort adunk a rendszerhez.

Tovább árnyalja a képet, hogy a puha korlát előbb jelent problémát, mint a fent említett másik határ. Azaz hiába iktatjuk ki a kemény korlátokat a rendszerből, és lesz képes – a fenti példánál maradva – az operációs rendszer 256 darab CPU helyett 1024 központi vezérlőegység kezelésére, ha nyolcbites mező helyett tízbitest használunk, a szoftverek kialakítása miatt már korábban beleütközünk a teljesítmény növelhetetlenségének gátjába.