¿Qué es el multiprocesamiento simétrico?

Recuerdo muy bien que, mientras estaba trabajando para optimizar el rendimiento de una aplicación, aprendí algo sumamente valioso. Resulta que, como de los errores se aprende, el error que se me presentó fue que la CPU parecía estar infrautilizada, a pesar de tener múltiples núcleos disponibles. Buscando la raíz del inconveniente, me topé con el concepto de multiprocesamiento simétrico y fue como que mi bombilla mental se encendió de inmediato. Me di cuenta de lo importante que es para mejorar el rendimiento de los sistemas modernos. Voy a explicarte de forma fácil qué es el multiprocesamiento simétrico, sus características y un ejemplo práctico para que aprendas a implementarlo.

¿Qué es el multiprocesamiento simétrico (SMP)?

El multiprocesamiento simétrico se entiende como los sistemas que incluyen más de un procesador. Son capaces de ejecutar diversos procesos de forma simultánea y, además, comparten una misma memoria para el cumplimiento de sus funciones.

Esto quiere decir que esta opción destaca como una de las formas de implementación de los sistemas de multiprocesador, cuya popularidad de uso ha crecido gracias a sus propiedades de aumento de escalabilidad y rendimiento frente a aquellos sistemas que solo usan un único procesador.

Cabe destacar, por tanto, que gran parte de los sistemas multiprocesador en la actualidad emplean la arquitectura de multiprocesamiento simétrico. De esta forma, tenemos el caso de los procesadores con diversos núcleos, donde el SMP se aplica a la totalidad de estos núcleos para gestionarlos como tipos de procesadores separados.

¿Cómo funciona el multiprocesamiento simétrico? Ejemplo práctico

Caso: Servidor de una aplicación web de alta demanda

Imagina que gestionas un servidor que aloja una popular aplicación web con miles de usuarios activos simultáneamente. Cada vez que un usuario realiza una acción, como cargar una página o enviar datos, el servidor debe procesar esa solicitud rápidamente para mantener una buena experiencia.

Problema

El problema es que tu servidor tiene una CPU de un solo núcleo, así que procesará todas las solicitudes de forma secuencial. Ahí es donde aparecen los retrasos en momentos de alta carga, los tiempos de respuesta lentos y se cae el sistema.

Solución: Multiprocesamiento simétrico

Aquí es donde te digo que te servirá mucho el multiprocesamiento simétrico, porque tiene varias CPUs (o núcleos en una CPU moderna) que comparten la misma memoria principal. Gracias a SMP, el sistema operativo puede distribuir las tareas entre múltiples núcleos, permitiendo que varias solicitudes se procesen en paralelo.

Cómo funciona en este caso

1. Distribución de tareas: Cuando los usuarios realizan solicitudes a la aplicación, el sistema operativo asigna cada solicitud a un núcleo diferente de la CPU. Por ejemplo:
   • Núcleo 1 procesa la solicitud de un usuario que carga la página principal.
   • Núcleo 2 gestiona la solicitud de otro usuario que consulta su historial.
   • Núcleo 3 ejecuta un proceso en segundo plano, como enviar notificaciones.
2. Acceso a la memoria compartida: Todos los núcleos tienen acceso a la misma memoria principal, así se comparten datos como configuraciones globales o sesiones de usuario sin necesidad de copias adicionales.
3. Balance de carga: Si un núcleo está sobrecargado, el sistema operativo puede redistribuir las tareas a otros núcleos más libres, manteniendo el rendimiento general.

Como ves, gracias al multiprocesamiento simétrico, tu servidor puede manejar cientos o incluso miles de solicitudes concurrentes sin perder rendimiento. Los tiempos de respuesta mejoran, los usuarios tienen una experiencia fluida, y el sistema es capaz de soportar más tráfico sin necesidad de agregar hardware adicional.

Características del multiprocesamiento simétrico

• Es muy útil para la adición de procesadores, memoria y otros recursos y componentes que permiten el incremento del rendimiento en los sistemas.
• Cada procesador lleva a cabo la ejecución de las tareas en el sistema operativo. Así, se toman los procesos de una cola preparada en común o privada para cada uno de los procesadores.
• Todo su procesador mantiene la misma arquitectura y sus procesadores tienen la capacidad de comunicarse con otros a través del recurso de memoria compartida.
• Acceso total a los dispositivos de entrada y salida: dos o más procesadores iguales pueden estar conectados a una sola memoria principal compartida.
• Los dispositivos son gestionados a partir de una sola instancia del sistema operativo, que se encarga de manejar a los procesadores de la misma manera y evita destinar alguno a un objetivo en particular.
• En el caso de que se presente algún fallo en los procesadores de la arquitectura de multiprocesamiento simétrico, la capacidad de computación del sistema smp se ve reducida.
• Todos los procesadores deben sincronizarse con el fin de mantener el equilibrio de carga.

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