CN107506175B - 一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，该方法在数据流图中的每一节点分别设置计时器和指令计数器，在数据流图中设置一管理节点，在管理节点处设置第一信息记录表，第一信息记录表中记录有每一节点的ID、每一节点的执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，每一节点处均设置有第二信息记录表，每一节点进行拥塞检测的同时计算自身的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn，并将检测到的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn连同节点的ID以及队列标志k发送至管理节点，管理节点更新第一信息记录表并向该节点发送其附近节点的拥塞信息，该节点据此更新其对应的第二信息记录表。
Description
技术领域
本发明涉及数据流体系结构技术领域，具体而言，涉及一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法。
背景技术
随着大数据时代的来临，计算机需要处理的数据量和数据规模越来越大，数据流体系结构凭借着高指令并行度，低存储器访问频率的特点得到了人们的关注。在数据流体系结构当中，程序代码可以转化为数据流图。数据流图是有向图，其中每个节点代表程序中的一段代码，有向线段代表节点间的数据流向。在数据流图中，不同节点的执行速率是不同的，这会造成数据流图拥塞。为了缓解数据流图的拥塞，可以采用多上下文，关键节点复制等方法对数据流图进行优化加速。但是这些方法的前提是检测出数据流图中的哪些节点是执行速率较慢的节点(即对数据流图进行拥塞检测)，只有检测出数据流图的拥塞情况，才能采取相应的措施对数据流图进行加速。
为了解决数据流图中拥塞检测的问题，传统方法如下：
(1)基于缓冲队列的拥塞检测方法，该方法通过检测缓冲队列中缓冲的数据是否已达到设定的阈值来判断是否发生拥塞。如图1所示为基于缓冲队列的拥塞检测方法的示意图，在数据流图的每个节点都有缓冲队列，用于缓冲上游节点发出的数据，当缓冲的数据达到设定的阈值(即缓冲的数据占整个缓冲队列的一预设比例)时，则判断这个节点处理数据的能力不够，也即该节点的执行效率慢而造成了拥塞。这个方法的缺点是只能够对具有缓冲队列(无缓冲队列的意思是可以缓冲一个数据，但是不能同时缓冲多个数据)的数据流图进行加速，并且每个节点只能够看到自己的拥塞情况，无法获知其他节点的拥塞情况。
(2)基于特殊节点的拥塞检测方法，该方法通过一个特殊节点对数据流图中的所有节点进行监控。如图2所示为基于特殊节点的拥塞检测方法的示意图，在数据流图中设置一个特殊节点，该特殊节点与数据流图中的每个节点进行通讯，以检测数据流图中每个节点的拥塞情况。这种方法的不足之处是特殊节点需要检测的节点太多，对网络带宽需求大。
(3)基于时间印记的拥塞检测方法，该方法通过在节点之间传输的消息中打上时间印记进行判断。如图3所示为基于时间印记的拥塞检测方法的示意图，于传输消息的同时，将消息的发送时间T1、等待时间T2、执行时间T3等写入消息中，于开始执行消息时，根据消息的发送时间T1、等待时间T2、执行时间T3计算接收消息的节点的拥塞情况。这一方法的缺点也是每个节点只能够得知自身的拥塞情况，无法获知其他节点的拥塞情况。
数据流图的网络与传统网络不同，因为对于数据流图中而言，当数据到达一个节点之后，节点必定会执行这个数据；而在片上网络当中，当消息到达一个路由之后，路由可以转发至其路由挂上的处理器执行，更多情况是直接将数据转发至其他路由，这两种网络的特性是不一样的。
在数据流图中拥塞检测方法中，一个节点不只需要对知道自身节点的拥塞情况，还需要了解其附近节点的拥堵情况。这样能充分利用加速方法，使加速资源得到合理分配；如果只对自身的拥塞情况进行检测，那么很可能导致加速资源竞争过于激烈，增大带宽需求，降低了执行效率。
基于之前的方法，需要一种在没有缓冲队列的情况下仍能够检测数据流图是否拥塞的方法，并且这种方法应能让每一节点获知周围其他节点的拥塞情况。
发明内容
本发明提供一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，用以在没有缓冲队列的情况下检测数据流图是否拥塞。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，该方法按照以下方式执行：
在数据流图中的每一节点分别设置一计时器，每个时间拍计时器的计时减1，当计时为0时，节点进行拥塞检测，节点进行拥塞检测后，计时器重新置位以再次启动计时；
在数据流图中的每一节点分别设置一指令计数器，该指令计数器用于累计节点在两次拥塞检测之间执行完毕的指令的数目n；
在数据流图中设置一管理节点，管理节点与每一节点之间均具有一数据传输通路，在管理节点处设置一第一信息记录表，所述第一信息记录表中记录有每一节点的ID、每一节点的执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，其中：
执行速率
其中，t为相邻两次拥塞检测之间间隔的时间，
执行速率变化率
其中，v为本次拥塞检测时节点的执行速率，v′为上一次拥塞检测时节点的执行速率，
预测执行速率vn＝v+s×t-c，其中，c为容错系数，
队列标志k表示相邻两次拥塞检测期间该节点中的指令发射队列是否出现过为空的情况，k＝0表示出现过指令发射队列为空的情况，k＝1表示未出现过指令发射队列为空的情况，当k＝0时，该节点被标记为标记节点并且将指令计数器中n的值置为0；
每一节点处均设置有一第二信息记录表，所述第二信息记录表中记录有节点自身以及位于节点附近的节点的ID、执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，其中，“位于节点附近的节点”包括节点的父节点、子节点以及兄弟节点；
每一节点进行拥塞检测的同时计算自身的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn，并将检测到的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn连同节点的ID以及队列标志k发送至管理节点，管理节点据此更新第一信息记录表并向该节点发送其附近节点的拥塞信息，该节点据此更新其对应的所述第二信息记录表。
在本发明的一实施例中，c介于1～5之间。
在本发明的一实施例中，计时器初始值为5或10个时间拍。
在本发明的一实施例中，“位于节点附近的节点”进一步包括节点的父节点的父节点和/或节点的父节点的兄弟节点。
在本发明的一实施例中，将数据流图划分为多个子图，对每一子图分别应用该方法。
在本发明的一实施例中，管理节点具有一缓存队列，用于缓存各节点发送而来的消息。
本发明提供的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法能够在没有缓冲队列的情况下检测数据流图是否拥塞并且能够计算得出节点执行速率的变化趋势，与其他拥塞检测方法相比能够提供更多更有利用价值的信息，以便数据流图做进一步优化。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于缓冲队列的拥塞检测方法的示意图；
图2为基于特殊节点的拥塞检测方法的示意图；
图3所示为基于时间印记的拥塞检测方法的示意图；
图4为第一信息记录表的示意图；
图5为本发明一实施例T时刻的示意图；
图6为本发明一实施例T+5时刻的示意图；
图7为本发明一实施例T+6时刻的示意图；
图8为节点E接收到由管理节点X发送来的消息之后更新的第二信息记录表；
图9为本发明一实施例T+10时刻的示意图；
图10为本发明一实施例T+11时刻的示意图；
图11为本发明一实施例T+12时刻的示意图；
图12为节点F接收到由管理节点X发送来的消息之后更新的第二信息记录表；
图13为节点E接收到由管理节点X发送来的消息之后更新的第二信息记录表。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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付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。
片上网络与数据流体系结构的区别在于：数据流体系结构中的数据流图上的节点(每个节点代表一段程序指令)对于输入的数据必然执行，执行之后才会将数据转发到其他节点；片上网络的节点(路由)对于接收的数据不一定执行，可能直接转发至下一个节点路由。
数据流图的映射过程是指在已知片上网络体系结构和IP核间通信量的基础上，按某种方法将各IP核分配到片上网络中各资源节点上，以实现特定应用与片上网络体系结构相互对应的过程，映射结果的优劣则是通过比较目标函数而得出的。本发明针对的是映射后得到的数据流图中的拥塞如何检测，而检测到拥塞之后如何进一步处理不是本发明的范畴。
本发明提供一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，该方法按照以下方式执行：
在数据流图中的每一节点分别设置一计时器，每个时间拍计时器的计时减1，当计时为0时，节点进行拥塞检测，节点进行拥塞检测后，计时器重新置位以再次启动计时，一般情况下，计时器初始值为5或10个时间拍，也就是说，每隔5或10个时间拍节点执行一次拥塞检测；
在数据流图中的每一节点分别设置一指令计数器，该指令计数器用于累计节点在两次拥塞检测之间执行完毕的指令的数目n；
在数据流图中设置一管理节点，管理节点与每一节点之间均具有一数据传输通路，在管理节点处设置一第一信息记录表，第一信息记录表中记录有每一节点的ID、每一节点的执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，如图4所示为第一信息记录表的示意图，其中：
执行速率
其中，t为相邻两次拥塞检测之间间隔的时间，
执行速率变化率
其中，v为本次拥塞检测时节点的执行速率，v′为上一次拥塞检测时节点的执行速率，
预测执行速率vn＝v+s×t-c，其中，c为容错系数，c的值一般选择介于1～5之间。
队列标志k表示相邻两次拥塞检测期间该节点中的指令发射队列是否出现过为空的情况，k＝0表示出现过指令发射队列为空的情况，k＝1表示未出现过指令发射队列为空的情况，当k＝0时，该节点被标记为标记节点并且将指令计数器中n的值置为0；
每一节点处均设置有一第二信息记录表，第二信息记录表中记录有节点自身以及位于节点附近的节点的ID、执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，其中，“位于节点附近的节点”包括节点的父节点、子节点以及兄弟节点，具体的，“位于节点附近的节点”也可以根据数据流图的实际执行状况以及开发人员的需要而指定，例如，“位于节点附近的节点”可以进一步包括节点的父节点的父节点和/或节点的父节点的兄弟节点；
每一节点进行拥塞检测的同时计算自身的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn，并将检测到的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn连同节点的ID以及队列标志k发送至管理节点，管理节点据此更新第一信息记录表并向该节点发送其附近节点的拥塞信息，该节点据此更新其对应的第二信息记录表。
在本发明中，管理节点可以进一步设置一一缓存队列，用于缓存各节点发送而来的消息，并按照“先来先处理，后来后处理”的原则分别对各节点发送来的消息进行处理，进而更新管理节点的第一信息记录表。
对于比较大型的数据流图而言，如果对于整个数据流图执行上述方法可能会导致执行需要的资源大幅增加以及执行速率变慢，因此，可以将数据流图划分为多个子图，对每一子图分别应用该方法。
以下以具体的实例说明本发明如何执行：
如图5所示为本发明一实施例T时刻的示意图，其中，(a)为映射完毕的数据流图，A～G为普通节点，节点之间的连线代表节点间数据的流向。X为管理节点，(b)为管理节点的缓存队列，(c)为管理节点的第一信息记录表。在本实施例中，假设开始时刻时间为T，关注节点E和节点F与管理节点X的交互。假设节点E的计时器计时间隔为5，节点E“附近的节点”为节点B、节点D、节点F，容错系数c(E)＝1；节点F的计时器计时间隔为10，节点F“附近的节点”为节点D、节点E、节点G，容错系数c(F)＝2。假设在T至T+13时刻，其他节点都没有更新管理节点X的信息记录表，并且在T时刻，节点E与节点F处的第二信息记录表和管理节点的第一信息记录表中对于同一节点的记录是一致的，另外，管理节点与其他节点之间传递一次消息需要1个时间拍。
如图6所示为本发明一实施例T+5时刻的示意图，此时节点E的计时器为0，节点E进行拥塞检测并且重置计时器为5。另外，T～T+5之间，节点E执行完毕的指令的数目为25，则节点E于T～T+5之间的执行速率
执行速率变化率
预测执行速率vn＝5+0.6×5-1＝7，另外，由于T～T+5之间节点E未出现过指令发射队列为空的情况，所以k＝1。在T+5时刻，节点E根据上述计算出的各个值更新自身的第二信息记录表，同时以上计算得出的各个值以消息的形式由节点E发送至管理节点X中的缓冲队列。
在T+6时刻，距离T+5时刻已一个时间拍，如图7所示，此时，管理节点X的缓冲队列接收到节点E发送的消息，由于缓冲队列中不存在其他消息等待处理，因此管理节点X立即对该消息进行处理，管理节点X根据接收到的该消息更新管理节点X的第一信息记录表，同时将节点E“附近的节点”节点B、节点D、节点F的拥塞情况发送给节点E。
在T+7时刻，距离T+6时刻已一个时间拍，如图8所示为节点E接收到由管理节点X发送来的消息之后更新的第二信息记录表，由于节点B、节点D、节点F均一直未接收到消息，因此其对应的各项目均未发生变化。
在T+10时刻，如图9所示，此时节点E的计时器为0，节点E进行拥塞检测并且重置计时器为5，T+5～T+10之间，节点E执行完毕的指令的数目为35，则节点E于T+5～T+10之间的执行速率
执行速率变化率
预测执行速率vn＝7+0.4×5-1＝8，另外，由于T+5～T+10之间节点E未出现过指令发射队列为空的情况，所以k＝1；与此同时，节点F的计时器也为0，节点F进行拥塞检测并且重置计时器为10，T～T+10之间，节点F执行完毕的指令的数目为110，则节点F于T～T+10之间的执行速率
执行速率变化率
预测执行速率vn＝11+0.5×10-2＝14，另外，由于T～T+10之间节点F未出现过指令发射队列为空的情况，所以k＝1。在T+10时刻，节点E和节点F根据上述计算出的各个值更新自身的第二信息记录表，同时以上计算得出的各个值以消息的形式由节点E和节点F发送至管理节点X中的缓冲队列。
在T+11时刻，距离T+10时刻已一个时间拍，假设在这一个时间拍的时间内，节点F的消息先于节点E的消息先到达管理节点X，如图10所示，管理节点X检测到缓冲队列中有消息未处理后，管理节点X先处理节点F发送的消息，并根据接收到的该消息更新管理节点X的第一信息记录表，同时将节点F“附近的节点”节点D、节点E、节点G的拥塞情况发送给节点F。
在T+12时刻，如图11所示，管理节点X检测到缓冲队列中仍有消息未处理，则进一步读取节点E发送的信息，并根据接收到的该消息更新管理节点X的第一信息记录表，同时将节点E“附近的节点”节点B、节点D、节点F的拥塞情况发送给节点E。
在T+12时刻，距离T+11时刻已一个时间拍，如图12所示为节点F接收到由管理节点X发送来的消息之后更新的第二信息记录表。
在T+13时刻，距离T+12时刻已一个时间拍，如图13所示为节点E接收到由管理节点X发送来的消息之后更新的第二信息记录表。
本发明提供的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法能够在没有缓冲队列的情况下检测数据流图是否拥塞并且能够计算得出节点执行速率的变化趋势，与其他拥塞检测方法相比能够提供更多更有利用价值的信息，以便数据流图做进一步优化。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，其特征在于，该方法按照以下方式执行：
在数据流图中的每一节点分别设置一计时器，每个时间拍计时器的计时减1，当计时为0时，节点进行拥塞检测，节点进行拥塞检测后，计时器重新置位以再次启动计时；
在数据流图中的每一节点分别设置一指令计数器，该指令计数器用于累计节点在两次拥塞检测之间执行完毕的指令的数目n；
在数据流图中设置一管理节点，管理节点与每一节点之间均具有一数据传输通路，在管理节点处设置一第一信息记录表，所述第一信息记录表中记录有每一节点的ID、每一节点的执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，其中：
执行速率
其中，t为相邻两次拥塞检测之间间隔的时间，
执行速率变化率
其中，v为本次拥塞检测时节点的执行速率，v′为上一次拥塞检测时节点的执行速率，
预测执行速率vn＝v+s×t-c，其中，c为容错系数，
队列标志k表示相邻两次拥塞检测期间节点中的指令发射队列是否出现过为空的情况，k＝0表示出现过指令发射队列为空的情况，k＝1表示未出现过指令发射队列为空的情况，当k＝0时，节点被标记为标记节点并且将指令计数器中n的值置为0；
每一节点处均设置有一第二信息记录表，所述第二信息记录表中记录有节点自身以及位于节点附近的节点的ID、执行速率v、执行速率变化率s、预测执行速率vn以及队列标志k，其中，“位于节点附近的节点”包括节点的父节点、子节点以及兄弟节点；
每一节点进行拥塞检测的同时计算自身的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn，并将检测到的执行速率v、执行速率变化率s以及预测执行速率vn连同节点的ID以及队列标志k发送至管理节点，管理节点据此更新第一信息记录表并向节点发送其附近节点的拥塞信息，节点据此更新其对应的所述第二信息记录表。
2.根据权利要求1所述的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，其特征在于，c介于1～5之间。
3.根据权利要求1所述的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，其特征在于，计时器初始值为5或10个时间拍。
4.根据权利要求1所述的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，其特征在于，“位于节点附近的节点”进一步包括节点的父节点的父节点和/或节点的父节点的兄弟节点。
5.根据权利要求1所述的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，其特征在于，管理节点具有一缓存队列，用于缓存各节点发送而来的消息。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于执行效率梯度预测的数据流图拥塞检测方法，其特征在于，将数据流图划分为多个子图，对每一子图分别应用该方法。
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Legal Events
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 100095 room 135, 1st floor, building 15, Chuangke Town, Wenquan Town, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing Zhongke Ruixin Technology Group Co.,Ltd. Address before: 1 wensong Road, Zhongguancun environmental protection park, Beiqing Road, Haidian District, Beijing 100095 Patentee before: SMARTCORE (BEIJING) Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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Effective date of registration: 20210730 Address after: Room 711c, 7 / F, block a, building 1, yard 19, Ronghua Middle Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 102600 Patentee after: Beijing Ruixin high throughput technology Co.,Ltd. Address before: 100095 room 135, 1st floor, building 15, Chuangke Town, Wenquan Town, Haidian District, Beijing Patentee before: Beijing Zhongke Ruixin Technology Group Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Room 711c, 7 / F, block a, building 1, yard 19, Ronghua Middle Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 102600 Patentee after: Beijing Zhongke Flux Technology Co.,Ltd. Address before: Room 711c, 7 / F, block a, building 1, yard 19, Ronghua Middle Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 102600 Patentee before: Beijing Ruixin high throughput technology Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |