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集群系统中的自适应信息交换技术研究
 
慧聪网   2006年1月5日10时54分   信息来源:通信市场    

  1引言

    通过高性能互连系统将多个CPU构成并行计算机集群系统,是获得高性能计算的有效途径。为了提高互连系统的性能,人们从许多方面进行了大量研究,如互连硬件设备性能、并行系统的网络拓扑结构和路由算法等等。由于硬件性能受限于当前的工艺水平,且网络拓扑结构的研究非常成熟,路由算法就成了研究热点。

    在路由的实现过程中,互连网络所采用的信息交换技术决定了信息可以沿着路径传输的延时和带宽。因此信息交换技术是反映互联网性能的一个重要因素。最基本的信息交换技术有电路交换(CircuitSwitch)和报文交换(PacketSwitch)两种,其他许多改进方法都是针对这两种技术的性能改善方法,比如虫孔交换(WormholeSwitch)是对报文交换中有的路径上信息单元不足一个报文;虚跨步交换(Virtual Cut-through Switch)是鉴于电路交换与报文交换之间的技术。这些技术的改进是针对物理链路的要求而来的,而不是针对应用特点的延时与带宽需求进行的。

    从应用的角度来看,一个集群系统上往往运行了多种应用程序。不同应用的数据有不同的特点,对信息交换的性能有不同的要求,比如有的要求是低延时,而有的要求高带宽,这就要求有与之相适应的信息交换技术。电路交换与报文交换二者有不同的特点,任何一种方法都不能同时满足所有应用。为此,需要研究与多种应用需求相适应的信息交换技术。

    为了提高信息交换对应用需求的适应性,文献[2]提出了一种基于高性能输入队列的交换技术。该技术通过改进链路上设备的缓冲区来提高系统的交换性能,其优点是能适应一定范围内的信息提供高带宽低延时的服务,其缺点是需要增设缓冲区,对底层进行修改。但是不同应用的QoS标准不同,其方法只能针对应用的低延时或高带宽的多种要求同时进行优化。本文提出自适应信息交换技术的思想,是为了提高网络的信息交换性能并且可以满足不同应用的多种需求。

    2传统的信息交换技术

    2.1电路交换

    在数据传输前要在源和目的之间首先建立一条物理路径,然后在这条路径上一次将数据传送完,再释放该物理路径。

    其中物理路径的建立是通过向网络注入路由头微片来实现的(这个路由头微片包括目的地址和其他控制信息,路由探测头向目的前进,在通过中间路由器传输的同时保留物理链路。当探测头到达目的时,就建立了一条完整的路径,并向源结点返回应答)。路径建立后,消息内容就可以以硬件路径的整个带宽传送。

    电路交换的优点是:①简单,就类似于源与目的之间建立一条物理专线;②传送带宽高,因为其传送可以占领整个带宽性能。当应用中需要传送的消息很长时(消息传输时间远远大于路径建立时间),这种交换技术非常有效。

    电路交换的缺点是:①路径建立延时很长。路径的建立要求路径的每个器件都空闲;②整个消息发送期间都要占领该物理路径,有可能阻塞其他的消息,影响网络的整体利用率。

    2.2报文交换

    针对电路交换要占用整个路径的缺点,是将消息划分成固定长度的许多报文,每个报文从源结点到目的结点独立路由,报文在向下一个结点转发之前完全缓冲在每个中间结点,不需要占领独立的物理通道。为了便于控制,每个报文的前几个字节包含路由和控制信息,称作报文头。中间路由器析取头信息,确定报文转发的输出链路。

 
作者:彭孟良 
 
 
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[热门关键词]:集群系统 自适应信息交换技术 电路交换 
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