《计算机原理》课件第11章.ppt

3)协议复杂的缓冲管理增加了网络延迟网络协议处理包括很多功能，如流量控制、差错控制、出错重发机制、拥塞控制等，而这些功能的实现都与缓冲管理密切相关。缓冲管理的作用是完成数据的分组和组装，缓冲区可看成一种网络资源，这种资源是有限的，对它的管理很重要。不过通常的缓冲管理机制都比较复杂，缓冲管理带来的网络延迟也很大，因此如何简化协议复杂的缓冲管理也是通信技术研究的主要内容。4)操作系统额外开销不可忽视操作系统提供的系统调用和原语是网络协议实现的底层软件支持。在网络协议实现中涉及到上下文切换、调入/调出页面、启动I/O设备、中断响应等操作系统处理，有时这些开销可能比协议本身的处理开销还大。因此，要提高通信系统的性能，降低网络延迟，应当尽量减少网络协议对主机操作系统的服务请求，最大限度地使通信与计算重叠。2．提高通信系统性能的方法措施1)采用新型高速网络提高网络带宽为了提高机群系统的网络带宽，必须采用新型的高速网络来取代10?Mb/s以太网。由于多媒体应用、实时网络系统、大规模并行计算等应用对高速网络的需求，推动了网络技术的飞速发展，目前出现了多种新型的高速网络，如快速以太网、ATM、Myrinet。这些新型网络的传输速度是传统以太网的十倍或更高。由于高速网络的运用，使得影响通信系统性能的瓶颈已从过去的网络硬件转移到网络通信软件上，因为虽然高速网络降低了网络的传输延迟，但并没有减少通信协议的处理开销。由于通信协议处理开销过大，在很大程度上阻碍了高速网实际性能的提高。2)新的通信协议降低了通信延迟为了获得高带宽、低延迟的网络通信，必须对传统的通信协议作较大的修改，以克服传统协议的弊病，使高速网络的优越性能得以充分展现。主要方案有在用户空间实现通信协议、精简通信协议和利用ActiveMessage通信机制。为了减少操作系统的额外开销，一个重要的方法是在用户空间实现一个用户态的协议层，使得此协议层能够旁路操作系统的影响，直接对网络硬件设备进行操作，这样就可减少数据拷贝次数，提高通信效率；把协议实现放在用户空间的另一优点是可以减少操作系统调用的时间开销，而且通信协议能够与用户的实际应用密切结合，可减少协议不必要的冗余，同时也不有损它的灵活性。不过，把通信协议放在用户空间实现，必须解决好两个问题：一个是多进程复用网络的问题；另一个是在没用核心参与的情况下，如何管理有限网络资源的问题。只有这样，用户态通信协议才能得以有效地实现。前面的分析说明，通信的开销很大程度上是由于协议层次多、数据拷贝频繁引起的，另外，通用的网络接口和协议为满足各种用户的需求，增加了很多与数据传输无关的服务，这些服务也带来了额外的开销。而在并行机群系统中，有些功能是不必要的，完全可以进行精简，以降低通信开销。所谓精简，它包括两部分内容：一部分是功能的精简，就是删除不必要和冗余的功能；第二部分是协议层次的精简，合并各层的功能，使得通信协议变为一层，以达到减少数据拷贝次数的目的。比如，在操作系统Solaris2.4中，通信协议由网络驱动程序、数据链路层、IP层、TCP层和Socket接口组成，由于数据链路层DLPI已经提供了不保证数据包无差错传送的基本数据通信功能，因此可以在它的基础上实现一个保证数据可靠传送的模块以取代复杂的TCP/IP协议层和Socket接口。这样，新的通信协议不论从结构上看，还是从功能上分析，都比原有的协议要简单得多。通信协议的用户态实现以及协议的精简这两种方法都是针对传统通信协议在实现方法上所做的改进，而ActiveMessage则是一种全新的通信机制，能够更为有效地提高通信系统的性能。11.3.4几种典型系统目前国内外许多科研机构都在对机群系统下的通信技术进行深入的研究，如UCB(UniversityofCalifornia,Berkeley)提出的NOW计划，Cornell大学研制的U-Net系统，清华大学提出的精简通信协议RCP等，如表11-1所示列举了在机群系统中实现的几种典型的通信子系统。表11-1典型通信机群子系统这些系统从实现技术上看，可以分成两类：一类是采用精简通信协议的方法；另一类是使用ActiveMessage通信机制。对比这两类系统的性能可知，采用ActiveMessage通信机制实现的系统性能比用精简通信协议实现的系统要好一些。关联习题11.1解释下列概念。机群系统共享存储多处理机监听协议基于目录的协议Cache一致性MPPSMPS2MPUMANUMACOMA11.2试比较多处理机系统与并行处理机系