CN102473079A - 共享视频管理子系统 - Google Patents

Abstract

配置为耦合到多个独立计算节点且被其共享的共享视频管理子系统包括被配置为从计算节点接收绘制命令和数据并将图形信息渲染到帧缓冲器的多个图形接口。该子系统还包括被配置为检索被渲染到帧缓冲器的图形信息并将图形信息输出到显示设备以便显示的至少一个显示刷新控制器。

Description

共享视频管理子系统

背景技术

可以通过互连基础设施耦合的多主机计算机系统在当今的计算机行业中正在变得越来越有用。不同于包括在单个操作系统的控制下运转的一个或多个处理器的更传统的计算机系统，多主机分布式计算机系统通常包括一个或多个计算机处理器，每个在单独操作系统的控制下运行。每个单独操作的计算机系统可以通过基础设施（诸如包括以太网交换机的基础设施）耦合到网络中的其它单独操作的计算机系统。

多主机计算机系统的一个示例是分布式刀片计算机系统。刀片服务器架构通常包括连接到公共电源的处理器卡（称为“刀片”）的密集集合。刀片通常被作为托盘安装在机架中，该机架包括电源和被配置为提供对刀片的远程访问的互连结构。不同于传统的多处理器系统，其中，单个操作系统在统一执行系统中管理多个处理器，刀片服务器系统一般是独立计算机系统的集合，相比于传统的分开配置的计算机系统而言，提供诸如低功率使用和资源共享的益处。

一般地，刀片包括处理器和存储器。此外，常规刀片一般包括足够的组件，使得每个刀片包括具有包含在每个刀片中的处理器、存储器、视频芯片及其它组件且被连接到公共背板以便接收功率和以太网连接的完整计算机系统。随着计算机资源变得更加密集，使每个计算机资源最优化是有用的，使得其高效地利用其分配的空间和功率。由于每个刀片通常被配置成作为特别地包含视频控制器、键盘/视频/鼠标（KVM）重定向逻辑和管理处理器的“独立”服务器进行工作，所以可以将每个刀片耦合到视频监视器以提供独立的计算机资源。然而，在现代数据中心中，通常以“熄灯（lights-out）”配置来部署系统，使得其不被连接到视频监视器。然而，使每个单独刀片不利地负担每个刀片上的视频控制器和关联的重定向子系统的额外成本、功率和空间。

发明内容

一个实施例是被配置为耦合到多个独立计算节点并被其共享的共享视频管理子系统。该子系统包括被配置为从计算节点接收绘制命令和数据并将图形信息渲染（render）到帧缓冲器的多个图形接口。该子系统还包括被配置为检索被渲染到帧缓冲器的图形信息并将图形信息输出到显示设备以便显示的至少一个显示刷新控制器。

附图说明

图1是举例说明根据一个实施例的具有共享视频管理子系统的多节点计算机系统的方框图。

图2是举例说明根据一个实施例的图1所示的计算机系统的视频管理子系统的方框图。

图3是举例说明根据一个实施例的操作包括多个独立计算节点的计算机系统的方法的流程图。

具体实施方式

在以下详细说明中，对附图进行参考，附图构成其一部分，并且在附图中以图示的方式示出了其中可以实施本发明的特定实施例。在这方面，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”等的方向性术语可以参考所述的（一个或多个）图的取向而使用。由于本发明的实施例的组件能够以许多不同的取向定位，所以方向性术语是用于说明的目的，并且决不是限制性的。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以利用其它实施例且可以进行结构或逻辑修改。因此，不应以限制性的意义理解以下详细说明，并且由随附权利要求来定义本发明的范围。

视频控制器通常包括三个基本部分：主机/渲染接口、帧缓冲器和显示引擎。在刀片服务器实施方式中，视频硬件是用于许多操作系统的典型服务器组件，即使视频控制器的输出通常未被连接且是用户不可访问的。结果，系统设计者通常在这些理论上“无头”的服务器上实现具有所有典型存储器和组件的全视频控制器。每个视频控制器消耗诸如板不动产和功率的宝贵的系统资源。另外，典型的VGA兼容图形架构是非智能的且被构造为无论是否存在显示设备都显示视频图像。此显示操作到目前为止是由图形控制器执行的存储器最密集的操作，并且是恒定的，因为用于典型显示器的显示信息每秒被刷新60至85次。

在先前的刀片化架构中，在每个刀片上填充完整的视频控制器。每个刀片通常还包括具有键盘/视频/鼠标（KVM）能力的嵌入式管理控制器。在这些系统中，视频控制器不断地绘制其输出，而不管KVM会话是否在进行中。这是不利的，因为每个刀片承担这些组件的成本、板不动产和功率负担。诸如没有嵌入式的IP上KVM（KVM over IP）硬件的系统的其它实施方式可以通过将多个视频输出流连接到集中式KVM基础设施来将来自若干刀片的视频合并。然而，类似于先前讨论的实施方式，每个刀片承担视频子系统的成本和功率负担，并且必须将基础设施配置为在刀片之间路由高速视频信号。

一个实施例提供具有分区架构的计算机系统，该分区架构允许多个计算机或多个计算机分区将视频信息渲染到共享存储器区域中。这允许多个计算节点共享视频显示资源，降低了解决方案成本和功率。

图1是举例说明根据一个实施例的具有共享视频管理子系统126的多节点计算机系统100的方框图。系统100包括多个计算节点或主机102（1）～102（2）（共同地称为计算节点102或主机102）、多主机输入/输出（I/O）交换机122、共享视频管理子系统126、本地显示设备130和KVM远程访问单元136。计算节点102（1）包括存储器104（1）和110（1）、中央处理单元（ CPU）106（1）和108（1）、南桥112（1）、I/O桥114（1）、I/O结构（fabric）桥116（1）和多个外围设备118（1）。CPU 106（1）被耦合到存储器104（1）、CPU 108（1）和I/O桥114（1）。CPU 108（1）被耦合到CPU 106（1）、存储器110（1）和I/O桥114（1）。除被耦合到CPU 106（1）和108（1）之外，I/O桥114（1）也被耦合到南桥112（1）、I/O结构桥116（1）和外围设备118（1）。I/O结构桥116（1）经由通信链路120（1）被耦合到多主机I/O交换机122。在所示的实施例中，计算节点102（2）包括与计算节点102（1）相同的元件且是以与计算节点102（1）相同的方式配置的，但是“（2）”而不是“（1）”被附加于用于计算节点102（2）的附图标记。

在一个实施例中，计算机系统100是分布式刀片计算机系统，并且每个计算节点102被实现为该系统中的刀片，并且每个计算节点102包括单个卡上的独立计算机系统，但是没有视频能力。在所示的实施例中，交换机122和共享视频管理系统126被包括在外壳或基础设施121（诸如机架安装系统中的背板）中，并且每个计算节点102（例如刀片）被耦合到基础设施121。根据一个实施例的基础设施121为系统100中的每个计算节点102提供功率和网络连接。在一个实施例中，交换机122是外围组件互连快速（PCI-E）交换机。

在所示的实施例中，该多个计算节点102经由包括多主机I/O交换机122的中央多系统结构被操作地耦合到子系统126。在一个实施例中，通过计算节点102中的专用I/O结构桥116（1）和116（2）来执行用于计算节点102的I/O结构互连。在本实施例的一个形式中，I/O结构桥116（1）和116（2）（和图2所示且下文描述的桥218）将请求和响应与附加路由信息一起封装以支持与多个独立节点102共享该结构。在另一实施例中，用于计算节点102的I/O结构互连可以是计算节点102的主I/O桥114（1）和114（2）的部分。

在一个实施例中，多主机I/O交换机122将I/O、配置和存储器循环从每个计算节点102路由到附接的共享视频管理子系统126，并选择性地将信息从子系统126路由到节点102中的适当节点，诸如将响应从子系统126路由到曾向子系统126发送请求的节点102中的特定节点。在一个实施例中，通过交换机122传送的事务包括指示目的地互连号码和设备的信息，其允许交换机122确定事务路由。在一个实施例中，每个总线循环包括源和目的地地址、命令和数据以及主机标识符以允许共享视频管理子系统126将数据返回到适当的计算节点102。在一个实施例中，通信链路120和124每个是PCI-E总线且交换机122是PCI-E交换机，不过在其它实施例中可以使用其它互连和交换机。

如图1所示，多主机I/O交换机122经由通信链路124耦合到共享视频管理子系统126。子系统126也经由通信链路128耦合到本地显示设备130，并经由通信链路132和网络（例如以太网）134耦合到KVM远程访问单元136。在一个实施例中，该多个计算节点102的视频能力被从这些节点102分开，并由共享视频管理子系统126提供以便被该多个节点102共享。根据一个实施例的共享视频管理子系统126为每个计算节点102提供视频渲染硬件以及集中式视频输出（例如通过到显示设备130的通信链路128）和远程KVM重定向（例如，通过到KVM远程访问单元136的通信链路132和网络134）。

在所示的实施例中，计算节点102都不包括对应的本地显示设备，或视频图形硬件（例如，视频控制器、KVM重定向单元等）。如下文参考图2更详细地所述的，视频图形功能被从节点102卸载并结合到共享视频管理子系统126中，从而将显示技术与计算机技术解耦并提供系统100的改善的功能。

图2是举例说明根据一个实施例的图1所示的计算机系统100的共享视频管理子系统126的方框图。子系统126包括锁相环（PLL）204、至少一个显示刷新控制器210、视频重定向单元214、数模转换器（DAC）216、多主机桥218、主机解码器/复用器（MUX）222、多个主机图形（GRX）接口226（1）～226（2）（共同地称为主机GRX接口226）、复用器232、存储器控制器244、存储器248、其它存储器请求器250以及输入/输出处理器（IOP）252。在一个实施例中，在单个专用集成电路（ASIC）中实现子系统126，并且主机GRX接口226和显示刷新控制器210在架构上、在模块水平上被相互分离，并且是用ASIC中的分开的知识产权（IP）模块实现的，在这些模块之间具有导线互连。在另一实施例中，在多个集成电路或分立组件中实现子系统126。

常规视频控制器模块通常包括渲染硬件以及用于提供连续视频输出波形的硬件。在图2所示的实施例中，这两个功能已被解耦或分离成分开的功能块，所述功能块为主机GRX接口226和显示刷新控制器210。从主机的角度看，根据一个实施例的主机GRX接口226表示主要图形控制器渲染硬件。在一个实施例中，系统100被配置为使得可以将计算节点102中的任何一个选择性地耦合到主机GRX接口226中的任何一个。

在一个实施例中，该多个主机GRX接口226从计算节点102接收绘制命令和数据并将图形信息渲染到帧缓冲器249，并且显示刷新控制器210检索被渲染到帧缓冲器249的图形信息，并将图形信息输出到显示设备130以进行显示。更具体地，为了向用户呈现信息，在计算节点102上运行的应用通过操作系统驱动程序将绘制命令和数据发送到多主机输入/输出交换机122，多主机输入/输出交换机122将该信息从计算节点102传递至共享视频管理子系统126。多主机桥218经由通信链路124从节点102接收命令和数据，并经由通信链路220将其提供给主机解码器/复用器222。主机解码器/复用器222经由通信链路224将命令和数据路由到主机GRX接口226中的适当接口。以这种方式，根据一个实施例的主机解码器/复用器222选择性地将来自计算节点102的绘制命令和数据耦合到所述多个主机GRX接口226中的所选接口。主机GRX接口226接收绘制命令和数据，并将其转换成渲染操作，该渲染操作经由通信链路238、存储器控制器244和通信链路246将对应的图形数据渲染到附接的存储器248中的帧缓冲器区域249。

在一个实施例中，帧缓冲器249存储由主机GRX接口226所写的视频图形图像以便在显示设备130上显示。在所示的实施例中，存储器248是用于管理子系统126的集中式存储器储存库，并且帧缓冲器249是此存储器248的预定部分。在一个实施例中，存储器248存储一个或多个帧缓冲器上下文以及用于管理子系统126的其余部分的代码和数据。在所示的实施例中，子系统126中的IOP 252和其它存储器请求器250被配置为分别经由通信链路240和242来访问存储器248。在一个实施例中，存储器248是DDR3同步DRAM。

根据一个实施例的显示刷新控制器210基于在通信链路206上从PLL 204接收到的像素时钟（PIXELCLK）信号经由数字视频输出（DVO）通信链路212来提供连续视频输出波形。PLL 204基于由参考晶体提供的且在通信链路202上接收到的基准时钟（REFCLK）信号且基于在通信链路208上从显示刷新控制器210接收到的PLL配置（PLL CONFIG）信息中的乘法器/除法器信息来生成像素时钟信号。根据一个实施例的REFCLK是固定的，并且是基于期望频率列表所选择的。系统设计者可以选择允许在给定PLL 204的乘法和除法能力的情况下获得期望频率的REFCLK频率。在一个实施例中，PLL 204被配置为生成在理论期望频率的预定频率范围（例如，0.5%）内的PIXELCLK。在一个实施例中，显示刷新控制器210经由通信链路236、存储器控制器244和通信链路246从帧缓冲器249接收图形数据（例如视频数据)，并经由通信链路212、DAC 216和通信链路128将数据呈现给显示设备130（图1）。DAC 216将由显示刷新控制器210在通信链路212上输出的数字视频信号转换成适合于供显示设备130使用的模拟信号。

 在一个实施例中，显示刷新控制器210每秒若干次（例如，每秒50～85次）地在显示设备130上“绘制”整个屏幕，以创建对用户而言在视觉上易反应（visually responsive to the user）的视觉上持久的图像。也就是说，当主机GRX接口226渲染或以其他方式改变帧缓冲器249的内容时，结果在相对短的时间段内被显示刷新控制器210传送至显示设备130以促进显示设备130上的全运动视频。

在一个实施例中，该至少一个显示刷新控制器210包括多个显示刷新控制器。在所示的实施例中，该至少一个显示刷新控制器210被分区并在逻辑上与主机GRX接口226解耦。这样，M个显示刷新控制器210可以在N个主机GRX接口226上操作，其中，M和N表示大于或等于一的整数。此解耦允许显示逻辑（例如，显示刷新控制器210）随着视频输出端口（例如，诸如通信链路128）的期望数目而缩放，同时，渲染逻辑（例如，主机GRX接口226）能够随着期望对于其进行图形支持的节点102的数目而缩放。在一个实施例中，子系统126中的主机GRX接口226的总数不同于子系统126中的显示刷新控制器210的总数，并且在另一实施例中，这些数目是相同的。在一个实施例中，对于被添加到子系统126的每个附加显示刷新控制器210而言，还添加了附加PLL 204、DAC 216和复用器232以及对应的通信链路。

主机GRX接口226中的每一个经由多个通信链路228（1）～228（2）（共同地称为通信链路228）中的一个将视频上下文数据输出到复用器232。在一个实施例中，用于给定主机GRX接口226的视频上下文数据识别由该GRX接口226渲染的图形数据在帧缓冲器249中的位置。根据一个实施例的视频上下文数据传送当前操作视频模式、PLL配置、任何视频或光标覆盖的位置以及其它信息。根据一个实施例的视频上下文数据是唯一地识别所选主机GRX接口226的显示过程的配置变量的广泛集合。在一个实施例中，IOP 252经由通信链路230向复用器232发送上下文选择信号以在通信链路228上选择视频上下文中的一个。所选视频上下文被复用器232在通信链路234上输出到显示刷新控制器210。以这种方式，根据一个实施例的复用器232选择性地将所述多个主机GRX接口226耦合到显示刷新控制器210。基于所选上下文，显示刷新控制器210从帧缓冲器249访问对应于所选上下文的图形数据，并促使该图形数据被显示。

在一个实施例中，KVM远程访问单元136（图1）被配置为通过基础设施121来访问系统100中的计算节点102中的任何节点。为了访问用于节点102中的给定节点的图形功能，单元136访问共享视频管理子系统126。子系统126中的视频重定向单元214捕捉在通信链路212上输出的数字视频，并将捕捉的数据压缩、编码和加密。在一个实施例中，得到的数据流被视频重定向单元214放置到与传送介质一致的分组（例如，诸如用于以太网网络的以太网分组）中，并经由通信链路132和网络134（图1）传送到KVM远程访问单元136。这些分组随后被远程访问单元136解密、解码和解压缩，并且重定向的图像被渲染到远程访问单元136的显示设备。在一个实施例中，单元214还包括将按键和鼠标状态从节点102路由到远程访问单元136的电路。

在一个实施例中，子系统126被配置为在不期望由显示刷新控制器210输出的视频时关闭此类输出的显示操作。这样，子系统126充当视频管理代理并提供图形硬件的智能分配。在一个实施例中，IOP 252被配置为检测显示设备130何时被附接，并在显示设备被附接时或在远程KVM会话正在进行中时促使显示刷新控制器210和DAC 216被上电，并在此类条件不存在时促使显示刷新控制器210和DAC 216被断电。根据一个实施例的IOP 252为子系统126提供作为管理处理器的一般控制和功能，包括经由通信链路251进行的对主机解码器/复用器222的控制。

图3是举例说明根据一个实施例的操作包括多个独立计算节点102的计算机系统100的方法300的流程图。在一个实施例中，方法300中的计算机系统100包括被配置为耦合到该多个计算节点102且被其共享的共享视频管理子系统126。在方法300中的302处，从计算节点102中的一个输出绘制命令和数据。在304处，绘制命令和数据被路由到计算机系统100中的共享视频管理子系统126中的多个图形接口226中的第一图形接口。在306处，由第一图形接口基于绘制命令和数据将图形信息渲染到帧缓冲器249。在308处，由子系统中的显示刷新控制器210来检索被渲染到帧缓冲器249的图形信息，并将该图形信息从显示刷新控制器输出到显示设备130以便显示。

可以将本文所述的某些或所有功能实现为存储在计算机可读介质中的计算机可执行指令。该指令可以包含在任何计算机可读介质中以供能够检索指令并执行它们的基于计算机的系统使用或与之相结合使用。根据一个实施例的计算机可读介质可以是可以包含、存储、传递、传播、传送或传输指令的任何装置。计算机可读介质可以是电子、磁性、光学、电磁或红外系统、设备或装置。计算机可读介质的说明性但非穷尽性列表可以包括具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦可编程只读存储器（EPROM或闪速存储器）、光纤以及便携式紧致盘只读存储器（CDROM）。

根据一个实施例的具有共享视频管理子系统126的多节点计算机系统100允许多个节点102共享图形显示硬件。在一个实施例中，每个计算节点102（例如，刀片或系统分区）不再包括分立的视频子系统，释放了诸如板不动产和功率的宝贵资源。不是如在某些常规系统中那样每个节点102不断地向可能不存在的显示设备渲染视频图像，在系统100的一个形式中仅提供“使用的”视频输出。例如，不是为外壳中的每个刀片提供视频输出连接器，在外壳121中实施一个“统一的”视频输出128，为客户提供更简单的解决方案并降低了用于未被监视的刀片的功率消耗。根据一个实施例的智能管理子系统126允许通过网络134对多个机器以及视频重定向能力进行集成的本地KVM访问（即，IP上KVM）。根据一个实施例的系统100正确地使所实现的视频硬件与产品实际上被如何使用对准，这降低了每个节点102的复杂性并提供了实现“共享遗留I/O”的期望目标的显著步骤。

有利地，根据一个实施例的系统100从计算资源（即计算节点102）消除了视频硬件，并允许基于特定客户的使用模型来动态地缩放视频硬件。例如，如果需要同时管理许多节点102，则可以向基础设施121添加许多视频资源（例如，主机GRX接口226）。如果需要同时管理较少的节点102，则客户可以在基础设施121内填充较少的视频资源。此外，可以随着变化的客户需要来调整视频资源的量。另外，每个节点102受益于具有较少的组件并消耗较少的功率。

虽然在本文中已经举例说明并描述了特定实施例，但本领域的普通技术人员应认识到在不脱离本发明的范围的情况下多种替换和/或等价实施方式可以代替所示和所述的特定实施例。本申请意图覆盖本文所讨论的特定实施例的任何适配或变更。因此，意图在于仅仅由权利要求及其等价物来限制本发明。

Claims (15)

1.一种被配置为耦合到多个独立计算节点且被其共享的共享视频管理子系统，包括：

多个图形接口，其被配置为从所述计算节点接收绘制命令和数据并向帧缓冲器渲染图形信息；以及

至少一个显示刷新控制器，其被配置为检索被渲染到所述帧缓冲器的图形信息并将图形信息输出到显示设备以便显示。

2.权利要求1的子系统，其中，所述至少一个显示刷新控制器包括多个显示刷新控制器。

3.权利要求2的子系统，其中，所述子系统中的图形接口的总数不同于所述子系统中的显示刷新控制器的总数。

4.权利要求1、2或3的子系统，其中，所述计算节点包括刀片。

5.权利要求4的子系统，其中，在耦合到刀片的基础设施中实现所述子系统。

6.权利要求1的子系统，并且还包括：

视频重定向单元，其被配置为捕捉由显示刷新控制器输出的图形数据并经由网络将捕捉的图形数据输出到远程访问单元。

7.权利要求1的子系统，其中，在单个专用集成电路（ASIC）中实现所述子系统。

8.权利要求7的子系统，其中，所述至少一个显示刷新控制器在模块水平在架构上与所述多个图形接口分离。

9.权利要求1的子系统，并且还包括：

复用器，其被配置为将来自计算节点的绘制命令和数据选择性地耦合到所述多个图形接口中的所选接口。

10.权利要求1的子系统，并且还包括：

复用器，其被配置为将所述多个图形接口选择性地耦合到所述至少一个显示刷新控制器。

11.权利要求1的子系统，其中，所述多个计算节点每个均包括没有视频控制器的单个卡上的独立计算机系统。

12.一种计算机系统，包括：

多个独立计算节点；以及

共享视频管理子系统，其被配置为被所述多个计算节点共享，该子系统包括：

多个图形接口，其被配置为从所述计算节点接收绘制命令和数据并向帧缓冲器渲染图形信息；以及

至少一个显示刷新控制器，其被配置为检索被渲染到帧缓冲器的图形信息并将图形信息输出到显示设备以便显示。

13.权利要求12的计算机系统，其中，所述至少一个显示刷新控制器包括多个显示刷新控制器，并且其中，所述子系统中的图形接口的总数不同于所述子系统中的显示刷新控制器的总数。

14.权利要求12或13的计算机系统，其中，所述子系统还包括：

第一复用器，其被配置为将来自计算节点的绘制命令和数据选择性地耦合到所述多个图形接口中的所选接口；以及

第二复用器，其被配置为将所述多个图形接口选择性地耦合到所述至少一个显示刷新控制器。

15.一种操作包括多个独立计算节点的计算机系统的方法，该方法包括：

从所述计算节点中的一个输出绘制命令和数据；

将所述绘制命令和数据路由到所述计算机系统中的共享视频管理子系统中的多个图形接口中的第一图形接口；

基于所述绘制命令和数据用第一图形接口向帧缓冲器渲染图形信息；以及

用所述子系统中的显示刷新控制器来检索被渲染到帧缓冲器的图形信息，并将该图形信息从显示刷新控制器输出到显示设备以便显示。

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