CN105393504B - 计算机系统 - Google Patents

Abstract

提供一种计算机系统，包括：物理资源、多个片上网络、可配置互联模块；所述可配置互联模块，用于连接所述物理资源和所述多个片上网络，以及配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，所述每个片上网络与所述片上网络连接的物理资源组成一个物理分区。通过在物理资源和片上网络之间增加可配置互联模块，通过可配置互联模块灵活的配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，使计算机系统的资源得到合理的利用，提高整个计算机系统的资源利用率。

Description

计算机系统

技术领域

本发明实施例涉及计算机技术，尤其涉及一种计算机系统。

背景技术

传统的多核计算机系统，其多个处理器核共享缓存(cache)、片上网络(Network-on-Chip，简称NoC)、内存(Memory)等资源。随着处理器核的数量增加，片上网络的规模急剧增大，一致性协议开销、功耗开销、延时开销也越来越大，从而影响了多核计算机系统向更多处理器核的方向发展。因此，业界提出了一种新型的多核处理器架构，该架构主要是将多核处理器划分为多个物理上独立的物理分区，每个物理分区可以独立的运行自己的操作系统或者虚拟化管理软件。

图1为现有的多核处理器的架构示意图，如图1所示，多核处理器被划分为两个物理分区：物理分区1和物理分区2，物理分区1和物理分区2的物理资源在分区划分时已经固定，物理资源包括：内核、缓存、内存、I/O资源等。两个物理分区之间是独立的，每个物理分区具有单独的片上网络，如图1所示，物理分区1和物理分区2只共享内存和I/O，不共享内核和最后一级缓存(Last Level Cache，简称LLC)，也就是说两个物理分区的处理器核和LLC是独立的，图中C表示处理器核。图2为一种现有的片上网络的结构示意图，如图2所示，S为片上网络的交换单元，每个交换单元通过I/O通道与相邻的交换单元连接并通信，每个交换单元通过rni接口与物理资源连接，且现有的多核处理器中物理资源与交换单元的连接是固定的，也就是说各物理分区的物理资源是固定的。

现有的多核处理器架构，每个物理分区的片上网络的规模减小了，一致性协议开销也小了，当芯片需要集成更多处理器时，可以直接增加一个物理分区即可，从而使得多核处理器的扩展性也大大提高了。但是，现有的多核处理器的架构也存在以下问题：多核处理器的每个物理分区的物理资源是固定的，由于每个物理分区上运行的不同应用所需的硬件资源不同，有些物理分区可能面临资源浪费，而其他物理分区可能面临资源不够，而现有技术中各物理分区的资源固定，不能根据应用所需的资源进行调整，使得芯片的物理资源利用率低。

发明内容

本发明实施例提供一种计算机系统，能够动态的配置计算机系统的各物理分区的物理资源，提高了物理资源的利用率。

本发明第一方面提供一种计算机系统，包括：物理资源、多个片上网络、可配置互联模块；

所述可配置互联模块，用于连接所述物理资源和所述多个片上网络，以及配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，所述每个片上网络与所述片上网络连接的物理资源组成一个物理分区。

结合本发明第一方面，在本发明第一方面的第一种可能的实现方式中，所述每个片上网络包括多个交换单元，所述可配置互联模块包括：多条资源连接线、多条交换单元连接线、资源管理单元，所述每条资源连接线分别与所述物理资源连接，所述每条交换单元连接线分别连接所述片上网络的一个交换单元，所述多条资源连接线与所述多条交换单元连接线以十字交叉的方式互相连接，每个十字交叉点上设置有第一开关，所述资源管理单元通过控制所述第一开关的通断，以控制所述十字交叉点上的资源连接线所连接的物理资源与所述十字交叉点上的交换单元连接线所连接的交换单元的连通和断开。

结合本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在本发明第一方面的第二种可能的实现方式中，所述可配置互联模块还包括：多条通信连接线和通信管理单元，所述多条通信连接线与所述多条资源连接线以十字交叉的方式互相连接，每个十字交叉点上设置有第二开关，所述通信管理单元通过控制所述第二开关的通断，以所述第二开关用于控制所述十字交叉点上对应的交换单元连接上连接的交换单元与其他交换单元之间的连通和断开。

结合本发明第一方面以及本发明第一方面的第一种和第二种可能的实现方式，在本发明第一方面的第三种可能的实现方式中，所述物理资源包括以下资源中的任意一个或其组合：多个处理器核、缓存、内存、外存、输入/输出I/O、加速单元。

结合本发明第一方面以及本发明第一方面的第一种和第二种可能的实现方式，在本发明第一方面的第四种可能的实现方式中，所述资源连接线、所述交换单元连接线、所述通信连接线均为光波导，所述第一开关和所述第二开关均为光开关。

结合本发明第一方面以及本发明第一方面的第一种至第四种可能的实现方式，在本发明第一方面的第五种可能的实现方式中，所述物理资源被划分为可配置资源和固定资源，所述每个片上网络的交换单元被划分为可配置交换单元和固定交换单元，所述可配置资源通过所述可配置互联模块与所述片上网络的可配置交换单元连接，所述固定资源与所述片上网络的固定交换单元连接，所述固定资源与所述片上网络的固定交换单元的连接关系固定。

结合本发明第一方面以及本发明第一方面的第一种至第五种可能的实现方式，在本发明第一方面的第六种可能的实现方式中，所述可配置互联模块还包括：

获取单元，用于获取所述各物理分区的性能分析结果，所述性能分析结果包括所述各分区的物理资源的使用情况；

调整单元，用于根据所述各物理分区的性能分析结果调整所述各物理分区的物理资源。

结合本发明第一方面的第六种可能的实现方式，在本发明第一方面的第七种可能的实现方式中，所述调整单元具体用于：根据所述各物理分区的物理资源的使用情况，释放资源利用率低的物理分区的物理资源，增加物理资源短缺的物理分区的物理资源。

本发明实施例的计算机系统，通过在物理资源和片上网络之间增加可配置互联模块，可配置互联模块用于连接所述物理资源和所述多个片上网络，通过可配置互联模块灵活的配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，使计算机系统的资源得到合理的利用，提高整个计算机系统的资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的多核处理器的架构示意图；

图2为一种现有的片上网络的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的计算机系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的计算机系统的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的计算机系统的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明实施例一提供的计算机系统的结构示意图，如图3所示，本实施例的计算机系统包括：物理资源、多个片上网络和可配置互联模块，可配置互联模块用于连接所述物理资源和所述多个片上网络，以及配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，所述每个片上网络与所述片上网络连接的物理资源组成一个物理分区。

其中，物理资源可以包括以下资源中的任意一个或其组合：多个处理器核、缓存(cache)、内存(memory)、外存、输入/输出(Input/Output，简称I/O)、加速单元，物理资源还可以包括其他资源，这里不再一一列举，处理器核可以带有自己的私有cache，各处理器核的私有cache不能共享。

每个片上网络包括多个交换单元，交换单元具有交换和路由功能，每个片上网络的拓扑结构可以相同也可以不同，每个片上网络可以具有独立的一致性协议。如图3所示，片上网络的每个交换单元通过可配置互联模块与物理资源连接，每个交换单元连接的物理资源不同，有些交换单元连接处理器核，有些交换单元连接缓存，有些交换单元连接内存，每个片上网络与其连接的物理资源组成了一个物理分区，每个物理分区独立，因此，可以根据实际的需要为每个物理分区配置不同的物理资源。

本实施例的计算机系统中，物理资源和片上网络的连接关系不固定，也就是说每个物理分区的大小、连接关系不固定，可以通过可配置互联模块灵活配置物理资源与片上网络的连接关系。例如，当某一物理分区的物理资源空闲时，而另一些物理分区的物理资源紧张时，可配置互联模块通过调整这两个物理分区的物理资源，将空闲物理资源配置给物理资源紧张的物理分区使用，使计算机系统的资源得到合理的利用，提高整个计算机系统的资源利用率。

本实施例的计算机系统，通过在物理资源和片上网络之间增加可配置互联模块，可配置互联模块用于连接所述物理资源和所述多个片上网络，通过可配置互联模块灵活的配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，使计算机系统的资源得到合理的利用，提高整个计算机系统的资源利用率。

图4为本发明实施例二提供的计算机系统的结构示意图，如图4所示，本实施例的计算机系统中，可配置互联模块包括：多条资源连接线、多条交换单元连接线、资源管理单元，所述每条资源连接线分别与所述物理资源连接，所述每条交换单元连接线分别连接所述片上网络的一个交换单元，所述多条资源连接线与所述多条交换单元连接线以十字交叉的方式互相连接，每个十字交叉点上设置有第一开关，所述资源管理单元通过控制所述第一开关的通断，以控制所述十字交叉点上的资源连接线所连接的物理资源与所述十字交叉点上的交换单元连接线所连接的交换单元的连通和断开。

如图4所示，处理器核、缓存、内存、I/O等物理资源分别和资源连接线连接，每个片上网络的交换单元分别和交换单元连接线连接，当资源连接线和交换单元连接线交叉点上的第一开关导通时，表示该资源连接线所连接的物理资源与该交换单元连接线所连接的交换单元连通，当第一开关断开，表示该资源连接线所连接的物理资源与该交换单元连接线所连接的交换单元断开，第一开关的通断由资源管理单元控制，资源管理单元通过控制各第一开关的通断，实现物理资源的灵活配置。

本实施例中，资源连接线和交换单元连接线均可以采用光波导，光波导由于带宽大、传输速率高，能够很好的满足计算机系统内部对通信时延的要求。当然，资源连接线和交换单元也可以采用其他的传输线，本发明实施例并不对此进行限制。第一开关可以采用光开关实现，该光开关例如为微环光开关，微环光开关可通过电压控制光耦合能力，当对微环光开关施加特定电压时，微环光开关把光信号从一个光波导耦合到另外一个光波导上去，而在其他电压下微环光开关不具有光耦合能力。

光波导具有波分复用特性，即一路光波导可以传输多个波长的信号，因此，本实施例中，多条资源连接线可使用一路光波导，多条交换单元连接线也可以使用一路光波导。当一路光波导只能传输一个波长的信号时，那么每条资源连接线对应一路光波导，每条交换单元连接线对应一路光波导。在实际的应用中，光开关可以使用宽频谱光开关，宽频谱光开关可以一次性耦合多个波长的光信号。

图5为本发明实施例三提供的计算机系统的结构示意图，如图5所示，本实施例的计算机系统在图4所示计算机系统的基础上，进一步地，可配置互联模块还包括：多条通信连接线和通信管理单元。其中，所述多条通信连接线与所述多条资源连接线以十字交叉的方式互相连接，每个十字交叉点上设置有第二开关，所述第二开关用于控制所述十字交叉点上对应的交换单元连接上连接的交换单元与其他交换单元之间的连通和断开，所述通信管理单元用于控制所述第二开关的通断。

现有技术中，片上网络上的各个交换单元只能和相邻的交换单元直接通信，若某个交换单元要与其不相邻的交换单元通信，则需要通过中间交换单元的转发才能实现通信，并且现有技术中，两个片上网络的交换单元不能够通信。本发明实施例的方案，通过通信连接线可以将不直接相连的两个交换单元直接互联，这里不直接相连的两个交换单元可以是同一个片上网络上的两个交换单元，也可以是位于不同的片上网络的两个交换单元。可配置互联模块通过配置同一个片上网络上的不直接互联的两个交换单元互联，使得同一个片上网络上任意两个交换单元之间能够直接通信，减少了片上网络内数据包传输的时延。可配置互联模块通过配置位于不同片上网络的两个交换单元互联，使得不同物理分区之间可以直接通信。

本实施例中，资源连接线、交换单元连接线以及通信连接线均可以采用光波导，第一开关和第二开关均可以采用微环光开关。

图6为本发明实施例四提供的计算机系统的结构示意图，本实施例与图4和图5所示实施例的区别在于：物理资源和片上网络的连接关系只有部分可配置，部分物理资源和片上网络的交换单元之间的连接关系是固定的。具体地，所述物理资源被划分为可配置资源和固定资源，所述每个片上网络的交换单元被划分为可配置交换单元和固定交换单元，所述可配置资源通过所述可配置互联模块与所述片上网络的可配置交换单元连接，所述固定资源与所述片上网络的固定交换单元连接，所述固定资源与所述片上网络的固定交换单元的连接关系固定。

本实施例中，只有可配置资源与可配置交换单元的连接关系不固定，可以通过可配置互联模块进行灵活配置，固定资源和固定交换单元之间的连接关系固定。举例来说，对于某一物理分区，该物理分区所需的计算能力基本上处于稳定，该物理分区所需的存储资源的波动性较大，那么可以将处理器核作为固定资源，将缓存、内存等存储资源作为可配置资源，处理器核与该片上网络的固定交换单元直接连接，缓存和内存与该片上网络的可配置交换单元通过可配置互联模块连接。

在上述实施例一至实施例四的基础上，本发明实施例五中，可配置互联模块还包括：获取单元，用于获取所述各物理分区的性能分析结果，所述性能分析结果包括所述各分区的物理资源的使用情况；调整单元，用于根据所述各物理分区的性能分析结果调整所述各物理分区的物理资源。

每个物理分区可运行独立的操作系统或者虚拟化管理软件。可以由操作系统或者虚拟化管理软件可对各自的物理分区的性能就进行分析，获取单元可以接收操作系统或者虚拟化管理软件发送的各物理分区的性能分析结果。该性能分析结果主要包括各物理分区的物理资源的使用情况，例如处理器核的使用率、缓存和内存的利用率、IO使用情况、片上网络的流量情况等。调整单元与资源管理单元和通信管理单元连接，调整单元可以通知资源管理单元和通信管理单元重新配置各物理分区的物理资源。当一个物理分区出现物理资源过剩或物理资源不足时，调整单元通知资源管理单元和通信管理单元改变物理分区的物理资源和交换单元的连接关系，动态的调整物理分区的物理资源。

具体地，调整单元根据各物理分区的物理资源的使用情况，判断各物理分区是否有物理资源利用率低或者物理资源短缺的问题，当发生物理资源利用率或者物理资源短缺的问题时，调整单元综合考虑各物理分区的配置情况，决定是否调整配置。调整单元考虑的因素主要包括：对于资源利用率低的物理分区，应该释放哪些物理资源，或者，若该物理分区处于应对突发情况，则考虑保持现状，不对该物理分区的物理资源进行调整。对于物理资源短缺的物理分区，需要考虑该物理分区的片上网络是否有空闲的交换单元，以及计算机系统当前是否有足够的空闲资源，当发生空闲资源不足时，是否通知其他物理分区释放物理资源，该物理分区的某个交换单元连接的物理资源是否可以从一种资源换到另外一种资源，例如从内存切换到处理器核，该物理分区是否保持现状不进行物理资源调整。调整单元应该综合考虑计算机系统的所有物理分区的物理资源配置情况，决定是否需要调整物理资源的配置。

当调整单元决定重新分配物理资源时，需要和各物理分区的操作系统或者虚拟化管理软件进行重新分配握手。当重新分配握手完成后，操作系统或者虚拟化管理软件准备好物理资源的切换，调整单元通知资源管理单元和通信管理单元进行物理资源重新分配。

具体地，调整单元通知各个物理分区的操作系统或者虚拟化管理软件，本物理分区的哪些物理资源需要重新分配，操作系统或者虚拟化管理软件接收到调整单元的物理资源重新分配通知时，若需要将处理器核从当前物理分区切换到其他物理分区，操作系统或者虚拟化管理软件将该处理器核上的所有数据迁移到当前物理分区的其他处理器核上；若需要将缓存从当前物理分区切换到其他物理分区，则需要将该缓存中的脏数据(dirty)写回内存中；若需要将内存从当前物理分区切换到其他物理分区，则需要将该内存中的有效数据进行迁移。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种计算机系统，其特征在于，包括：物理资源、多个片上网络、可配置互联模块；

所述可配置互联模块，用于连接所述物理资源和所述多个片上网络，以及配置所述物理资源与所述多个片上网络的连接关系，所述每个片上网络与所述片上网络连接的物理资源组成一个物理分区；

其中，所述可配置互联模块包括：多条资源连接线、多条交换单元连接线、资源管理单元，所述每条资源连接线分别与所述物理资源连接，所述每条交换单元连接线分别连接所述片上网络的一个交换单元，所述多条资源连接线与所述多条交换单元连接线以十字交叉的方式互相连接，每个十字交叉点上设置有第一开关，所述资源管理单元通过控制所述第一开关的通断，以控制所述十字交叉点上的资源连接线所连接的物理资源与所述十字交叉点上的交换单元连接线所连接的交换单元的连通和断开。

2.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述可配置互联模块还包括：多条通信连接线和通信管理单元，所述多条通信连接线与所述多条资源连接线以十字交叉的方式互相连接，每个十字交叉点上设置有第二开关，所述通信管理单元通过控制所述第二开关的通断，以所述第二开关用于控制所述十字交叉点上对应的交换单元连接上连接的交换单元与其他交换单元之间的连通和断开。

3.根据权利要求1或2所述的计算机系统，其特征在于，所述物理资源包括以下资源中的任意一个或其组合：多个处理器核、缓存、内存、外存、输入/输出I/O、加速单元。

4.根据权利要求2所述的计算机系统，其特征在于，所述资源连接线、所述交换单元连接线、所述通信连接线均为光波导，所述第一开关和所述第二开关均为光开关。

5.根据权利要求1或2所述的计算机系统，其特征在于，所述物理资源被划分为可配置资源和固定资源，所述每个片上网络的交换单元被划分为可配置交换单元和固定交换单元，所述可配置资源通过所述可配置互联模块与所述片上网络的可配置交换单元连接，所述固定资源与所述片上网络的固定交换单元连接，所述固定资源与所述片上网络的固定交换单元的连接关系固定。

6.根据权利要求1或2所述的计算机系统，其特征在于，所述可配置互联模块还包括：

获取单元，用于获取所述各物理分区的性能分析结果，所述性能分析结果包括所述各分区的物理资源的使用情况；

调整单元，用于根据所述各物理分区的性能分析结果调整所述各物理分区的物理资源。

7.根据权利要求6所述的计算机系统，其特征在于，所述调整单元具体用于：根据所述各物理分区的物理资源的使用情况，释放资源利用率低的物理分区的物理资源，增加物理资源短缺的物理分区的物理资源。