CN109951470A - 一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法，通过将信息下发通道和结果数据上传通道分开，有效降低控制信息下发与数据上传的冲突率。在配置身份信息时，将关闭计算设备链路中该计算设备下游的信息下发通道，进而保证身份信息配置的正确性。同时采用计算结果自主上传方法和输出通道无冲突即时上传机制共同作用，分配每个计算设备计算数据的直接上传权限，提高计算数据上传效率。本发明一种多计算设备分布式并行计算的信息配置和结果上传方法能够降低信息下发和计算结果数据上传等额外时间消耗，进而提升整个加速系统的加速计算效果。

Description

一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法

技术领域

本发明涉及分布式并行计算，具体涉及一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法，属于计算机数据处理领域。

背景技术

目前，分布式并行计算技术以其强大、快速的数据处理能力，逐渐成为计算机数据处理领域中十分重要的部分。所谓分布式并行计算，是指把成千上万个计算设备连接起来，组成一台虚拟的超级计算器，并利用它们的空闲时间和存储空间来完成单个计算设备无法完成的超大规模计算事务的求解。它的基本计算思想是将计算任务分散到计算网络中多个计算设备同时进行计算，以提供更高的计算性能，它是建立在分布式并行计算系统之上的计算方法。分布式并行计算系统是能彼此通信的多个独立计算设备组成的集合，独立计算设备包括范围很广，从超大规模集成电路芯片，到紧密耦合共享存储器的多处理器、本地工作站集群等。分布式并行计算可以利用整个分布式系统的硬件资源，通过并行解决子计算问题来获得更高的计算性能。

但是，现有分布式并行计算系统的研究主要集中在计算设备领域，而对分布式并行计算系统的信息配置和结果上传则涉及较少。本发明研究分布式并行计算的信息配置和结果自主上传方法，在这种方法中，可以控制分布式并行计算系统中任意计算设备；任意计算设备可以通过结果自主上传通道上传计算结果；多个计算设备可以同时启动计算，相互之间的计算不存在任何干扰，以保证计算设备的计算能力得到充分利用。

发明内容

本发明针对背景技术所述问题，提出了一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法：信息下发通道发送身份配置信息给计算设备，计算结果自主上传方法和输出通道无冲突即时上传机制协作上传待上传数据，确保信息配置和上传无冲突。本发明通过降低控制下发通道的控制下发命令时间和计算结果数据上传时间，来提升整个加速系统的加速计算效果。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法，包括：计算链路信息下发方法和结果上传方法两部分，将信息下发通道和结果数据上传通路分开，所述信息下发方法用于总控制设备通过信息下发通道对计算链路中的所有计算设备依次进行身份信息配置；所述结果上传方法用于对计算链路中某一计算设备计算出有效结果时立即跳出计算链路，主动判断上传通路状态，并在上传通路无冲突时即时上传计算结果，其特征在于：

所述信息下发通道具有以下特性：当某级计算设备到下一级计算设备的信息下发通道关闭时，该级计算设备接收到的信息用于对自身进行配置；当该级计算设备到下一级计算设备的信息下发通道开启时，该级计算设备接收到的信息直接传递给下一级计算设备，而不对该级计算设备进行任何配置；

所述信息下发方法为：总控制设备首先通过信息下发通道发送全局中断命令关闭计算链路中所有计算设备的信息下发通道，然后开启总控制设备与第一级计算设备的信息下发通道，发送配置信息给第一级计算设备，第一级计算设备接受到该配置信息后进行信息配置，并开启第一级计算设备到第二级计算设备之间的信息下发通道；总控制设备再次发送第二级计算设备的配置信息，该配置信息直接通过第一级计算设备对第二级计算设备进行配置，同时打开第二级计算设备到第三级计算设备的信息下发通道；如此，总控制设备通过连续发送配置信息完成对整个链路计算设备的信息配置；

所述结果上传方法为：计算设备出现有效计算结果时通过输出通道无冲突即时上传机制直接判断该计算设备的上传权限，若该计算设备具有上传权限，则即时上传其计算结果，而无需等待总控制设备访问；所述输出通道无冲突即时上传机制为：用于计算设备存在上传需求时判断输出通道能否上传，当计算设备需要上传结果时首先关闭下游链路所有设备的上传权限，其次计算设备进入无冲突等待时间防止与下游正在传输的数据冲突，然后判断上游链路输出通道上传状态，若上游链路无数据传输则直接上传计算结果，否则进入等待状态直到上游链路数据传输完，最后完成计算结果传输后，释放下游链路计算设备上传权限。

进一步的，主控制设备通过信息下发通道发送身份配置信息对计算设备进行身份信息配置，其原理为：

1)若计算设备的个数为N，先关闭所有计算设备的信息下发通道，主控制设备发送信息下发通道全局中断命令，首先前级计算设备接收该命令，然后将该命令传送给下一级计算设备，最后根据接收到的中断命令对自身的信息下发通道进行中断，因为每一级计算设备在接收到命令后先将命令传送到下一级计算设备，再对自身信息下发通道进行中断处理，所以该全局中断命令可以使每个计算设备信息下发通道中断，即MO＝1；

2)主控制设备通过信息下发通道发送身份信息配置命令，该命令只在计算设备的信息下发通道中断时有效，身份信息配置命令通过主信息下发通道发送给计算设备1，由于此时计算设备1的信息下发通道已经中断，计算设备2无法接收到该身份信息配置命令，因此，该身份信息配置命令只对计算设备1有效；

3)计算设备1接收到主控制设备发送的身份信息配置命令，处理该命令以配置自身身份信息，同时该命令置位通道使能信号en_channel1＝1，使计算设备1通道打开，即MI＝MO，接下来计算设备1将作为传输通道，传递主控制设备发送的计算设备身份信息配置命令；

4)主控制设备发送计算设备2的身份信息配置命令，由于计算设备1的MI-MO通道已经打开，将不对接收到的身份信息配置命令做任何处理，直接传送给计算设备2；由于计算设备2的信息下发通道关闭，身份信息配置命令无法传递到下一级计算设备，因此该命令配置计算设备2的身份信息，同时置位计算设备2的信息下发通道使能信号en_channel2＝1，打开计算设备2的MI-MO通道，使计算设备2成为旁路，传递身份信息配置命令；

e)按此过程依次配置该计算网络中所有计算设备的身份信息。

进一步的，计算设备对分配的任务进行计算，当计算结束时判断结果是否有效，如果计算结果有效，则通过输出使能通道查询能否上传，若可以上传，则立即上传；否则，等待上传通道空闲时立即上传，其原理如下：

1)当计算设备x需要将其计算结果result_devx上传到主控制设备时，先使该设备下游计算设备数据上传通道忙碌，EO＝1，以阻止下游计算设备后续出现的计算结果上传；

2)该计算设备进入等待状态，直到计数时长clk_cnt＝gap_count，以保证下游任一计算设备正在上传的计算结果上传完成；

3)该计算设备检测自身上传数据通路是否空闲，若此时上游计算设备正在上传数据，则进入等待状态继续等待直到上游计算设备数据上传结束；若此时上游计算设备没有上传数据，则进入数据上传状态；

4)该计算设备进入数据上传状态，上传数据至总控制端，释放上传数据通路。

本发明的有益效果是：

本发明总控制设备首先通过信息下发通道依次对每个计算设备进行身份信息配置，在配置某一计算设备身份信息时将关闭计算设备链路中该计算设备下游的信息下发通道，因此除该设备以外的其他计算设备将不处理收到的身份配置信息，进而保证身份信息配置的正确性；在计算设备计算出结果后，采用输出通道无冲突即时上传机制分配每个专用计算设备的计算结果数据上传权限，确保多计算设备数据无冲突上传；最后，采用计算结果上传通道上传数据，确保待上传数据正确、快速传送至总控制端。

附图说明

图1是本发明一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和计算结果自主上传方法示意图；

图2是本发明一种多计算设备分布式并行计算的信息下发方法示意图；

图3是本发明一种多计算设备分布式并行计算的计算结果自主上传方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施实例对本发明进行进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。

如附图2所示，主控制设备将通过信息下发通道发送身份配置信息对计算设备进行身份信息配置。结合如附图1所示的一种多计算设备分布式并行计算的身份信息配置和计算结果自主上传方法结构和如附图2所示的身份信息配置方法，其原理如下：

a)如附图2所示，若计算设备的个数为N，先关闭所有计算设备的信息下发通道。主控制设备发送信息下发通道全局中断命令，首先前级计算设备接收该命令，然后将该命令传送给下一级计算设备，最后根据接收到的中断命令对自身的信息下发通道进行中断。因为每一级计算设备在接收到命令后先将命令传送到下一级计算设备，再对自身信息下发通道进行中断处理，所以该全局中断命令可以使每个计算设备信息下发通道中断，即MO＝1。

b)主控制设备通过主信息下发通道(MI-MO通道)发送身份信息配置命令，该命令只在计算设备的信息下发通道中断时有效。身份信息配置命令通过主信息下发通道发送给计算设备1，由于此时计算设备1的信息下发通道已经中断，计算设备2无法接收到该身份信息配置命令，因此，该身份信息配置命令只对计算设备1有效。

c)计算设备1接收到主控制设备发送的身份信息配置命令，处理该命令以配置自身身份信息，同时该命令置位通道使能信号en_channel1＝1，使计算设备1通道打开，即MI＝MO。接下来计算设备1将作为传输通道，传递主控制设备发送的计算设备身份信息配置命令。

d)主控制设备发送计算设备2的身份信息配置命令，由于计算设备1的MI-MO通道已经打开，将不对接收到的身份信息配置命令做任何处理，直接传送给计算设备2；由于计算设备2的信息下发通道关闭(MO＝1)，身份信息配置命令无法传递到下一级计算设备，因此该命令配置计算设备2的身份信息，同时置位计算设备2的信息下发通道使能信号en_channel2＝1，打开计算设备2的MI-MO通道，使计算设备2成为旁路，传递身份信息配置命令。

e)按此过程依次配置该计算网络中所有计算设备的身份信息。

如附图3所示，上述子任务数据将通过信息下发通道分发至每个计算设备。计算设备对分配的子任务进行计算，当计算结束时判断结果是否有效，如果计算结果有效，则通过输出使能通道查询能否上传，若可以上传，则立即上传；否则，等待上传通道空闲时立即上传。结合如附图1所示的一种多计算设备分布式并行计算的身份信息配置和结果自主上传方法结构和如附图3所示的结果自主上传方法，其原理如下：

a)当计算设备x需要将其计算结果result_devx上传到主控制设备时，先使该设备下游计算设备数据上传通道忙碌(EO＝1)，以阻止下游计算设备后续出现的计算结果上传。

b)该计算设备进入等待状态，直到计数时长clk_cnt＝gap_count，以保证下游任一计算设备正在上传的计算结果上传完成。

c)该计算设备检测自身上传数据通路是否空闲。若此时上游计算设备正在上传数据，则进入等待状态继续等待直到上游计算设备数据上传结束；若此时上游计算设备没有上传数据，则进入数据上传状态。

d)该计算设备进入数据上传状态，上传数据至总控制端，释放上传数据通路。

可以看出，将下发通路与上传通路分开，通过先中断所有计算设备的数据下发通道，再依次对计算设备进行身份配置可以使身份配置信息正确配置整个链路计算设备的身份信息；采用输出通道无冲突即时上传机制，当计算设备产生有效计算结果时，在最短时间内获得数据上传权限并通过输出数据上传通道上传计算结果，进而能够提升整个加速系统的效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法，包括：计算链路信息下发方法和结果上传方法两部分，将信息下发通道和结果数据上传通路分开，所述信息下发方法用于总控制设备通过信息下发通道对计算链路中的所有计算设备依次进行身份信息配置；所述结果上传方法用于对计算链路中某一计算设备计算出有效结果时立即跳出计算链路，主动判断上传通路状态，并在上传通路无冲突时即时上传计算结果，其特征在于：

所述信息下发通道具有以下特性：当某级计算设备到下一级计算设备的信息下发通道关闭时，该级计算设备接收到的信息用于对自身进行配置；当该级计算设备到下一级计算设备的信息下发通道开启时，该级计算设备接收到的信息直接传递给下一级计算设备，而不对该级计算设备进行任何配置；

所述信息下发方法为：总控制设备首先通过信息下发通道发送全局中断命令关闭计算链路中所有计算设备的信息下发通道，然后开启总控制设备与第一级计算设备的信息下发通道，发送配置信息给第一级计算设备，第一级计算设备接受到该配置信息后进行信息配置，并开启第一级计算设备到第二级计算设备之间的信息下发通道；总控制设备再次发送第二级计算设备的配置信息，该配置信息直接通过第一级计算设备对第二级计算设备进行配置，同时打开第二级计算设备到第三级计算设备的信息下发通道；如此，总控制设备通过连续发送配置信息完成对整个链路计算设备的信息配置；

所述结果上传方法为：计算设备出现有效计算结果时通过输出通道无冲突即时上传机制直接判断该计算设备的上传权限，若该计算设备具有上传权限，则即时上传其计算结果，而无需等待总控制设备访问；所述输出通道无冲突即时上传机制为：用于计算设备存在上传需求时判断输出通道能否上传，当计算设备需要上传结果时首先关闭下游链路所有设备的上传权限，其次计算设备进入无冲突等待时间防止与下游正在传输的数据冲突，然后判断上游链路输出通道上传状态，若上游链路无数据传输则直接上传计算结果，否则进入等待状态直到上游链路数据传输完，最后完成计算结果传输后，释放下游链路计算设备上传权限。

2.根据权利要求1所述的多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法，其特征在于，主控制设备通过信息下发通道发送身份配置信息对计算设备进行身份信息配置，其原理为：

1)若计算设备的个数为N，先关闭所有计算设备的信息下发通道，主控制设备发送信息下发通道全局中断命令，首先前级计算设备接收该命令，然后将该命令传送给下一级计算设备，最后根据接收到的中断命令对自身的信息下发通道进行中断，因为每一级计算设备在接收到命令后先将命令传送到下一级计算设备，再对自身信息下发通道进行中断处理，所以该全局中断命令可以使每个计算设备信息下发通道中断，即MO＝1；

2)主控制设备通过信息下发通道发送身份信息配置命令，该命令只在计算设备的信息下发通道中断时有效，身份信息配置命令通过主信息下发通道发送给计算设备1，由于此时计算设备1的信息下发通道已经中断，计算设备2无法接收到该身份信息配置命令，因此，该身份信息配置命令只对计算设备1有效；

3)计算设备1接收到主控制设备发送的身份信息配置命令，处理该命令以配置自身身份信息，同时该命令置位通道使能信号en_channel1＝1，使计算设备1通道打开，即MI＝MO，接下来计算设备1将作为传输通道，传递主控制设备发送的计算设备身份信息配置命令；

4)主控制设备发送计算设备2的身份信息配置命令，由于计算设备1的MI-MO通道已经打开，将不对接收到的身份信息配置命令做任何处理，直接传送给计算设备2；由于计算设备2的信息下发通道关闭，身份信息配置命令无法传递到下一级计算设备，因此该命令配置计算设备2的身份信息，同时置位计算设备2的信息下发通道使能信号en_channel2＝1，打开计算设备2的MI-MO通道，使计算设备2成为旁路，传递身份信息配置命令；

e)按此过程依次配置该计算网络中所有计算设备的身份信息。

3.根据权利要求1所述的多计算设备分布式并行计算的信息下发和结果上传方法，其特征在于，计算设备对分配的任务进行计算，当计算结束时判断结果是否有效，如果计算结果有效，则通过输出使能通道查询能否上传，若可以上传，则立即上传；否则，等待上传通道空闲时立即上传，其原理如下：

1)当计算设备x需要将其计算结果result_devx上传到主控制设备时，先使该设备下游计算设备数据上传通道忙碌，EO＝1，以阻止下游计算设备后续出现的计算结果上传；

2)该计算设备进入等待状态，直到计数时长clk_cnt＝gap_count，以保证下游任一计算设备正在上传的计算结果上传完成；

3)该计算设备检测自身上传数据通路是否空闲，若此时上游计算设备正在上传数据，则进入等待状态继续等待直到上游计算设备数据上传结束；若此时上游计算设备没有上传数据，则进入数据上传状态；

4)该计算设备进入数据上传状态，上传数据至总控制端，释放上传数据通路。