مفهوم Multiprocessing
Multiprocessing (چندپردازشی) به اجرای چندین فرایند (Process) به‌صورت همزمان در یک سیستم اشاره دارد. این تکنیک معمولاً در پردازنده‌های چندهسته‌ای استفاده می‌شود تا پردازش‌ها را میان هسته‌های مختلف توزیع کرده و عملکرد کلی سیستم را بهبود بخشد.
نحوه عملکرد Multiprocessing
در مدل چندپردازشی، هر فرایند به‌صورت مستقل اجرا شده و حافظه، منابع و زمان‌بندی مخصوص به خود را دارد. این معماری به سیستم امکان می‌دهد که چندین کار را همزمان انجام دهد، بدون اینکه یکی از فرایندها دیگری را متوقف کند.
انواع معماری‌های Multiprocessing
۱. متقارن (SMP - Symmetric Multiprocessing)
- در این مدل، چندین پردازنده به یک حافظه مشترک دسترسی دارند.
- تمام پردازنده‌ها به‌صورت برابر وظایف را پردازش می‌کنند.
- سیستم‌عامل وظایف را میان پردازنده‌ها توزیع می‌کند.
۲. نامتقارن (AMP - Asymmetric Multiprocessing)
- یک پردازنده به‌عنوان پردازنده اصلی (Master) عمل کرده و سایر پردازنده‌ها را مدیریت می‌کند.
- پردازش‌های مختلف به‌طور مستقل اجرا نمی‌شوند، بلکه توسط پردازنده اصلی کنترل می‌شوند.
- معمولاً در سیستم‌های توکار (Embedded Systems) و سخت‌افزارهای خاص استفاده می‌شود.
مزایای Multiprocessing
- افزایش کارایی: به دلیل توزیع بار پردازشی بین پردازنده‌ها، سرعت اجرای برنامه‌ها افزایش می‌یابد.
- بهبود قابلیت اطمینان: خرابی یک پردازش تأثیری بر سایر پردازش‌ها ندارد، چون هر کدام در حافظه مستقل اجرا می‌شوند.
- عدم وابستگی به GIL: در زبان‌هایی مانند پایتون، Global Interpreter Lock (GIL) مانع اجرای همزمان چندین نخ (Thread) می‌شود، اما در مدل چندپردازشی این محدودیت وجود ندارد.
چالش‌های Multiprocessing
- مدیریت حافظه: چون هر پردازش فضای حافظه جداگانه دارد، نیاز به مکانیسم‌های ارتباطی مانند Shared Memory یا Message Passing برای تبادل داده‌ها وجود دارد.
- مصرف منابع بیشتر: اجرای چندین فرایند به‌طور همزمان می‌تواند باعث افزایش مصرف حافظه و پردازنده شود.
- پیچیدگی برنامه‌نویسی: مدیریت ارتباط بین پردازش‌ها (IPC - Inter-Process Communication) می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
کاربردهای Multiprocessing
- پردازش داده‌های حجیم (Big Data Processing)
- شبیه‌سازی و محاسبات علمی
- مدیریت سرورهای چندوظیفه‌ای
- اجرای موازی وظایف در برنامه‌های کاربردی
این مدل در بسیاری از سیستم‌ها به کار گرفته می‌شود تا توان پردازشی افزایش یافته و پردازش‌ها به‌صورت بهینه‌تر اجرا شوند.