CN104077265B - 利用共享存储器传递混合消息的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用共享存储器传递混合消息的方法。一种在单一的计算环境中至少两个协处理器之间传输数据的方法(10)，其中所述协处理器中的一个是发送处理器以及所述协处理器中的另一个是接收处理器，并且所述单一的计算环境包括可由所述协处理器访问的存储器，该存储器除其它事项外包括：在该发送处理器中确定要传输的数据的大小(14)，将该数据附连到消息(15)，并如果该数据的大小小于或等于预定的阈值(36)则将该消息发送到接收处理器(30)，以及如果该数据的大小大于预定的阈值(34)则将指向所述存储器中的数据的位置的指针发送到接收处理器(24，30)。

Description

利用共享存储器传递混合消息的方法
背景技术
在多处理器或多核处理器计算环境中运行的应用的代码性能可以部分地由该环境中的单个处理单元如何相互通信来决定。共享存储器和消息传递是用于处理器间通信的两大类型的通信范例。已知利用两种通信范例的混合编程技术。
发明内容
本发明的一个方面涉及在单一的计算环境中两个或多个协处理器之间传输数据的方法，其中协处理器中的一个是发送处理器以及协处理器中的另一个是接收处理器。单一的计算环境包括可由协处理器访问的存储器。该方法包括在发送处理器中确定要传输的数据的大小。如果数据的大小小于或等于预定的阈值，则该方法将数据附连到消息，并且将该消息发送到接收处理器。如果数据的大小大于预定的阈值，则该方法将指针发送到接收处理器，其中，所述指针指向存储器中的数据的位置。
附图说明
在附图中；
图1是示出根据本发明的一个实施例利用共享存储器传递混合消息的方法的流程图。
具体实施方式
在背景技术和下面的描述中，出于解释的目的，阐述许多具体的细节以便提供对本文中所描述的技术的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见，示范实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它情况下，结构和设备以图的形式表示，以便于该示范实施例的描述。
示范实施例参考附图进行描述。这些附图示出了实现本文中所描述的模块，方法或计算机程序产品的具体实施例的某些细节。然而，附图不应被解释为强加任何可能存在于附图中的限制。方法和计算机程序产品可以在任何机器可读介质上提供，用于实现其操作。实施例可使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为此或为另一个目的而并入的专用计算机处理器来实现，或通过硬连线系统来实现。
如上面提到的，本文中所描述的实施例可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于携带或具有存储在其上的计算机可运行指令或数据结构的机器可读介质。这样的机器可读介质可以是任何可用的介质，其可以由通用或专用计算机或其它具有处理器的机器访问。通过举例，这样的机器可读介质可以包括RAM，ROM，EPROM，EEPROM，CD-ROM或者其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备，或是可以用于携带或存储所需的机器可运行指令或数据结构形式的程序代码的任何其它介质，该介质可以由通用或专用计算机或其它具有处理器的机器访问。当信息通过网络或另一个通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)被传输或提供到机器时，该机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都被适当地称为机器可读介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围之内。机器可运行指令包括例如指令和数据，其导致通用计算机、专用计算机、或专用处理机器执行某个功能或功能组。
实施例将用方法步骤的一般上下文描述，该方法步骤在一个实施例中可由包括机器可运行指令的程序产品来实现，该机器可运行指令诸如例如由连网环境中的机器执行的程序模块的形式的程序代码。通常，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其具有执行特定任务或实现特定抽象数据类型的技术效果。机器可运行指令、关联数据结构和程序模块代表用于执行本文所公开的方法的步骤的程序代码的示例。这样的可运行指令或关联数据结构的特定序列表示用于实现在这样的步骤中描述的功能的相应动作的示例。
实施例可以在连网环境中使用到具有处理器的一个或多个远程计算机的逻辑连接来实现。逻辑连接可以包括局域网(LAN)和广域网(WAN)，局域网(LAN)和广域网(WAN)在这里以示例而不是限制的方式来展示。这样的网络环境在办公室范围或企业范围的计算机网络中、内联网和互联网中常见，并且可以使用多种不同的通信协议。本领域技术人员将会理解，这样的网络计算环境将通常包含许多类型的计算机系统配置，包括个人计算机、手持设备、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机等。
实施例也可以在分布式计算环境中实施，其中任务由通过通信网络链接(通过硬连线链路，无线链路或者硬连线或无线链路的组合)的本地和远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备两者中。
用于实现全部或部分的示范实施例的示范系统可以包括计算机形式的通用计算设备，包括处理单元、系统存储器和系统总线，该系统总线将包括系统存储器的各种系统组件耦合至处理单元。系统存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机还可以包括用于从磁硬盘读取和写入到磁硬盘的磁硬盘驱动器、用于从可拆卸磁盘读取或写入到可拆卸磁盘的磁盘驱动器以及用于从可拆卸光盘读取或写入到可拆卸光盘的光盘驱动器，该可拆卸光盘诸如CD-ROM或其它光介质。驱动器及其关联的机器可读介质为计算机提供机器可运行指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。
在实施例中公开的方法的技术效果包括改进多处理器计算系统的性能和可扩缩性。任意大的消息可以像任意小的消息一样有效地在协处理器之间传输。从协处理器发送消息到多个接收处理器所需的额外时间是可忽略的。具有大的数据类型和不同消息的大小要求之间高度差别的实时处理系统的性能，例如高光谱成像系统的性能可通过在实施例中公开的方法来改进。
在具有至少两个协处理器的单一计算环境中，当在处理到计算环境的数据输入的过程中时，协处理器之间传输数据往往是必要的。为了在协处理器之间传递数据，发送处理器必须将消息发送到接收处理器，以将数据或有关数据的信息传输到接收处理器。在消息传递是通信范例的计算环境中，发送处理器可以发送消息(带有包含在该信息中的数据)到一个或多个接收处理器。备选地，在具有共享存储器系统的计算环境中，发送处理器可以将消息发送到一个或多个接收处理器，该消息编码可被所有协处理器访问的存储器中数据驻留的位置。随后，每个协处理器可以直接访问共享存储器中的数据。
图1是根据利用共享存储器使用混合消息传递的本发明的实施例，示出在协处理器之间传输数据的方法10的流程图。最初，在步骤12，在多处理器系统中运行应用的过程期间，计算环境中的协处理器可能有必要将特定的数据块传输到至少一个其它协处理器。数据块将具有可例如通过在存储器中数字化编码数据所需的字节数来确定的一些有限的大小。
在步骤14，发送处理器可以确定要被传输的数据的大小，并将该大小与预定的阈值比较。如果在36被传输的数据的大小小于或等于预定的阈值，则在步骤15，发送处理器将数据复制到将要传输到一个或多个接收处理器的消息中。相反地，在34，如果被传输的数据的大小大于预定的阈值，则发送处理器可以在步骤16确定数据是否位于共享存储器中。
在本发明的一个实施例中，预定的阈值可以诸如在配置文件中被编码为静态参数。配置文件可以是用初始设定编码的ASCII文本文件，这通常用于应用、服务器和操作系统并且经常用诸如XML的标记语言来写成。备选地，预定的阈值可以被传递到所述计算环境中，以作为应用程序实例化时的参数，或者甚至设置为计算环境的操作系统的环境变量。在所有这些示例中都编码静态参数，该静态参数标识该预定的阈值以确定特定大小的数据块是否应当通过共享存储器或消息传递来被更有效地传输。
在本发明的另一个实施例中，预定的阈值可以是自适应的。当传输消息时，发送处理器可以基于所有的协处理器已知的全局时钟插入时间戳，并且接收处理器随后可以分析延迟以确定是否该预定的阈值应该被修改。可能影响延迟并改变最佳阈值的因素包括总线拥塞、寻呼、中断和CPU的时钟速度。
在40，如果发送处理器确定要传输的数据存储在不能被一个或多个接收处理器访问的存储器位置，则发送处理器可以在步骤18将数据移动到共享存储器区域。如果在38，发送处理器确定要传输的数据已经位于共享存储器区域中，则发送处理器可以跳过将数据移动到共享存储器区域的步骤，
然后发送处理器可以在步骤20确定是否存在唯一标识符；也就是说，是否唯一标识符已经产生并分配给要传输到接收处理器的数据。该唯一标识符是分配给计算对象的代码，诸如，是为了使分布式计算环境能唯一地标识信息的数据块。在本发明的上下文中，所述唯一标识符分配给要传送的数据，使得通过共享存储器访问该数据的接收处理器可确定该数据是否有效。无效的数据可能由同步和过期的问题导致，据此，共享内存区域可能会在接收处理器访问对应于唯一标识符的旧数据之前就被新的数据覆盖。该唯一标识符可以是在软件设计领域中公知的通用唯一标识符(UUID)的实现方式之一。备选地，唯一标识符可以是编码有关于数据的时间的时间戳，该有关于数据的时间诸如当数据被写入到共享存储器区域时，或者参考自身当唯一标识符被创建时的时间。
在42，如果发送处理器确定对于位于共享存储器内的要传输的数据不存在唯一标识符，则发送处理器可在步骤21产生并预置唯一标识符到在数据的位置的共享存储器区域。如果在44发送处理器确定对于要传输的数据的唯一标识符已经存在并且位于共享存储器区域中，则发送处理器可以跳过添加唯一标识符到共享存储器区域中的数据的步骤。
一旦发送处理器确定对于共享存储器中要传输的数据的唯一标识符，发送处理器就可以在步骤22从共享存储器区域中复制该唯一标识符来放置到要发送到该一个或多个接收处理器的消息中。另外，在步骤24，发送处理器可以将指针设置到消息中，其中所述指针是指示在共享存储器中定位要传输的数据的地址的值。虽然将指针放置到要被发送的消息中是本发明的优选实施例，但是诸如共享存储器系统的类型的特定的计算环境可以避免直接将指针从发送处理器传输到接收处理器。例如，计算环境可以这样配置：该共享存储器以要传输的数据的位置可以由接收处理器通过对该消息中的唯一标识符执行模数操作来确定的方式被划分。
要传输到至少一个接收处理器的消息可以如步骤15中具有消息中的数据的拷贝，或者可以如步骤24中包含指向共享存储器中的位置的指针。无论如何，在步骤28，发送处理器可确定是否额外的元数据必须在消息中发送。如果在46发送处理器确定添加额外的元数据到消息中，则在步骤26，发送处理器可以复制该额外的元数据到消息中。如果在48发送处理器确定没有额外的元数据是可用的或对于消息而言是必需的，则发送处理器可以跳过复制额外的元数据到消息中的步骤。
元数据可以是提供额外的信息来描述要传输的数据并使该数据的通信最有效的任何数据的集合。例如，元数据可以包含表征从发送处理器将数据传送到特定的接收处理器所需要的信道的延迟信息。在其中数据可以表示可取决于诸如光谱带的数目、位深度、图像尺度和带排序的特性以几种不同方式中的一种被格式化的高光谱图像的计算环境中，元数据可以编码高光谱图像的特定格式。表征用来收集成像的光学器件的诸如光圈值和ISO感光度的额外信息可编码为元数据。此外，包含应用于该高光谱图像的变换的处理历史可存储为元数据。
然后发送处理器可以在步骤30将该消息发送到至少一个接收处理器。该方法在步骤32完成，其中每个接收处理器可以解析该消息以直接确定数据是否被编码在消息中或者如果消息包含唯一标识符和指针则从共享存储器地址检索数据。
许多计算环境可能受益于上述发明。虽然发送和接收处理实体被称为协处理器，但是本发明同样适用于进程、内核线程和光纤。特别适合于本发明的硬件实现方式包括图形处理单元(GPU)和多核处理器，这是因为其高度并行处理架构。
本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员能想到的其它示例。如果这样的其它实施例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这样的其它实施例包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件，则这样的其它实施例意在位于权利要求书的范围内。
部件列表
10-在协处理器之间传输数据的方法
12-方法10的初始步骤
14-确定要传输的数据的大小并将该大小与预定的阈值比较的步骤
15-复制数据到消息中的步骤
16-确定数据是否位于共享存储器中的步骤
18-移动数据到共享存储器区域的步骤
20-确定是否存在唯一标识符的步骤
21-将唯一标识符产生并预置到在数据的位置的共享存储器区域的步骤
22-从共享存储器区域中复制要放置到消息中的唯一标识符的步骤
24-放置指针到消息中的步骤
26-复制额外的元数据到消息的步骤
28-确定是否额外的元数据必须在消息中传输的步骤
30-发送消息的步骤
32-方法10的最后步骤
34-要传输的数据的大小大于预定的阈值
36-要传输的数据的大小小于或等于预定的阈值
38-要传输的数据已经位于共享存储器区域中
40-要传输的数据存储在不能被一个或多个接收处理器访问的存储器位置中
42-对于位于共享存储器中要传输的数据不存在唯一标识符
44-要传输的数据的唯一标识符已经存在，并且位于共享存储器区域中
46-添加额外的元数据到消息
48-没有额外的元数据是可用的或对于消息是必需的

Claims (7)

1.一种在单一的计算环境中至少两个协处理器之间传输数据的方法，其中所述至少两个协处理器中的一个是发送处理器以及所述至少两个协处理器中的另一个是接收处理器，并且所述单一的计算环境包括可由所述至少两个协处理器访问的存储器，所述方法包括：
在所述发送处理器中确定要传输的数据的大小是否超过自适应的阈值，所述自适应的阈值至少部分基于网络延迟；
响应于确定所述数据的大小小于或等于所述阈值，则将所述数据添加到消息中；
响应于所述数据的大小大于所述阈值，则将与所述数据关联的唯一标识符添加到所述消息；
确定是否有与所述数据关联的元数据；
响应于确定具有与所述数据关联的元数据，将所述元数据添加到所述消息中；并且
将所述消息发送到所述接收处理器。
2.如权利要求1所述的方法还包括，响应于确定所述数据的大小大于所述阈值的大小，将所述数据移动到所述发送处理器和所述接收处理器可以访问的存储位置。
3.如权利要求1所述的方法还包括，响应于确定所述数据的大小大于所述阈值的大小，将指针添加到所述消息，所述指针包括可由所述发送处理器和所述接收处理器访问的存储器中所述数据的存储地址。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述唯一标识符是时间戳；或者是分配给所传送的数据，使得通过可由所述发送处理器和所述接收处理器访问的存储器访问该数据的接收处理器可确定该数据是否有效。
5.如权利要求1所述的方法，当传输消息时，发送处理器可以基于所有协处理器已知的全局时钟来插入时间戳，并且接收处理器可以随后分析延迟以确定是否确定的阈值应该被修改，使得所述阈值是自适应的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述网络延迟的阈值基于从所述发送处理器发送消息到所述接收处理器所需的时间的量。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述网络延迟由包括在数据中的时间戳所确定。
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