第6章系统的互联和千兆位网络 第4节 并行处理与体系结构教学课件.pptVIP

哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院 并行处理与体系结构 第6章系统的互联和千兆位网络 ?1 互连网络基础 ?2 静态连接网络 ?3 动态连接网络 ?4 消息传递机制 ?5 千兆位网络技术 ?6 ATM交换器和网络 ?4 消息传递机制 主要研究： 存储转发； 虫蚀寻径方法； 它们的通信时延问题； 针对无死锁的消息寻径确定的寻径算法和自适应两种寻径算法。 一、 消息寻径方式 1.消息的格式 （1）消息(message) 是结点间通信的逻辑单位，它常常由任意数目的长度固定的包组成，因此它的长度是可变的。 在消息传递网络中通信的信息单位是：消息、包和片的格式。 消息寻径中的信息单位如下图所示。 （2）包(packet) 是含寻径目的地址的基本单位； 每个包需要一个序号； 不同的包可能异步地到达目的结点，以便把传送的消息重新装配起来。 在采用存储转发寻径方式的多计算机系统中，包是信息传送的最小单位。 包的长度取决于寻径方式和网络的实现方法。 典型的包长度为64--512位。序号可能占用1--2个片，取决于消息的长度。 包和片的大小还与通道频宽、寻径器设计以及网络流量密度等有关。 （3）片： 包可分成一些固定长度的数据片。寻径信息(目的地址)和序号形成头片，其余的片是数据。 在采用虫蚀寻径网络的多计算机中，包可进一步分成片。 片的长度往往受网络大小的影响，256个结点的网络需要片长为8位。 2.存储转发寻径 定义：下图说明了这一概念。 在存储转发网络中包是信息流的基本单位。 存储转发网络的时延与源和目的之间的距离(段数)成正比。 第一代多计算机系统采用这种寻径方式。 3.虫蚀寻径 新型的计算机系统都采用虫蚀寻径方式，把包进一步分成更小的片； 与结点相连的硬件寻径器中有片缓冲区。消息从源结点传送到目的结点要经过一系列寻径器。 同一个包中所有的片，象不可分离的同伴一样以流水方式顺序地传送。 特点： 所有数据片必须跟着头片。不同的包可交替地传送，但不同包的片不能交叉。否则它们可能被送到错误的目的地。 虫蚀寻径的时延几乎与源和目的之间的距离无关。 4.异步流水 采用如下图所示的握手协议，可以实现一个包内相继片的异步流水运行。 异步流水的效率很高，所用的时钟比同步流水的时钟快，如果路径中的片、缓冲片或后继通道在某个周期不能使用的话，则流水线将出现阻塞。 如果出现这种情况，则包可能要缓冲、阻塞、延缓或绕道通过。 5. 时延分析 下图是包通过存储转发网络和虫蚀网络的时间比较情况 其中： L是包的长度(位) W是通道频宽(位／秒) D是距离(经过的结点数-1) F是片的长度(位) 存储寻径网络的通信时延TSF可表示为： TSF＝L／W ×(D+1) 虫蚀寻径TWH： TWH ＝L／W+F／W× D 显然： TSF与D成正比； 如果L》F，那么TWH= L／W，距离D对寻径延时的影响可忽略不计。 典型的TSF值约在2000至6000?s之间，而典型的TWH值只有5?s或者更小。 存储转发寻径往往由软件控制，而虫蚀寻径则完全用硬件寻径器以流水方式工作。 二、死锁和虚拟通道 1.虚拟通道 虚拟通道是两个结点间的逻辑链，它由源结点的片缓冲区、结点间的物理通道以及接收结点的片缓冲区组成。 下图说明了四条虚拟通道共享一条物理通道的概念。 通道的特点： 两个端点增加了缓冲区和用来控制虚拟通道状态的R／A线。实现虚拟通道需要用交叉开关控制、多路选择器和多路分配器。 物理通道由所有的虚拟通道分时地共享。以片传递为基础的分时方法可使一组虚拟通道共享一条物理通道。 用某些通道状态(如R／A信号)来表示不同的虚拟通道，控制源缓冲区存放等待使用通道片。 通道(电缆或光纤)是它们之间的通信媒介 例题 通道上的循环等待引起的死锁 如下图所示，有两类死锁是由缓冲区或通道上的循环等待引起的。 如下图采用虫蚀寻径的网格形网络中，四条消息沿四个通道同时传送也会产生通道死锁(channel dead lock) 4个消息的4个片同时占用了4个通道。如果循环中没有一个通道被释放，死锁状态将持续下去 2.死锁的避免 通过增加两条虚拟通道V3和V4，可以打破死锁循环。 双向通道与单项通道的实现比较 虚拟通道可以用单向通道或者双向通道实现。把两条单向通道组合可以构成一条双向通道； 双向通道中的仲裁要复杂一点。 单向通道相比较，双向通道由于要做方向仲裁，因而增加了延迟，又由于控制复杂，因而还增加了成本。 网络的流量不大时，双向通道效率比较高。 确定虚拟通道数目时，需要对网络吞吐量和通信时延折衷考虑。实现数目很大的虚拟通道需要用高速的多路选择开关。 三、流控制策略 1.问题的提出： 当两个或更多的包在某个结点为竞争缓冲区或通道资源而发生冲突时，必须确定如何解决冲