CN1191436A - 使用光纤通道作互连网络的集线器系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种使用光纤通道作互连网络并且节点数目不大的集线器系统。在包括有第一节点、第二节点、第三节点以及用于连接诸节点的互连网络的集线器系统中,当每个节点都是并行处理系统的一个处理器时,互连网络包括一个用于以回路型式连接第一、第二和第四节点的第一传输回路,一个用于连接第二、第三和第一节点的第二传输回路,一个用于连接第三、第四和第二节点的第三传输回路以及一个用于连接第四、第一和第三节点的第四传输回路。
Description
本发明涉及一种为改善计算机性能而将多个处理器互相连接起来的并行处理系统,尤其涉及其中节点数目不大并且使用光纤通道作互连网络的集线器系统。
由于对称多处理器(SMP)结构体系高效执行常规的商用并行处理程序的关系,在大多数商用并行处理计算机中SMP都被用作基本节点并且将多个节点互连起来。在基本节点是一个SMP或者一台具有单处理器的计算机的场合,使用下面两种方法来改善其中多个节点松散耦合的系统的性能。
方法之一是在使用具有常规性能的处理器作基本节点的同时,增加整个系统的节点数目。另一方法是使用改进性能的处理器。无论使用两种方法的哪一种,互连网络的特性都是影响整个系统性能的一个重要因素。增加节点数目的方法对互连网络的特性依赖更多些。
同时,计算机产业界正在不断地努力改进处理器的性能。在使用高性能处理器的情形,其中节点数目被限制在2和8之间的集线器系统可满足一般用户在价格和性能方面的需要。因此,最好是既开发一种用于连接小数目节点(2至8)的互连网络,又开发一种用于连接大数目节点的互连网络,以使得系统提供商能够满足各种不同用户的需要。
用于建造使用光纤通道(FC)的集线器系统的两种方法是编织线法和光纤通道随意回路(FC-AL)法。下文中,假定一个基本节点使用一个SMP。
在并行处理计算机中实际使用的节点数目少于互连网络提供的节点数目的情形,节点数目可以增加。但是,这对于互连网络的成本来说效率是不高的。也就是说,在借助使用一个光纤通道转接器的编织线法建造集线器系统的情形,有可能很容易按要求增加节点数目并取得高通过能力。但是,当建立编织线法所需的转接器很贵并且实际使用的端口数目少于转接器提供的端口数目时,系统的性能价格比会变差。
使用FC-AL法建造的集线器系统有一个缺点,当连接到同一回路的诸节点同时传输信息时,由于在一个时间只能传输一个信息的关系,信息会被延迟。
本发明的一个目的是提供一种使用光纤通道作互连网络的集线器系统。其中节点可以用小的费用开支增加到一个极限数目,并且其中的节点数目小,每个节点的带宽大,延迟时间短,故障容限大。
为了达到上面的目的,提供一种包括一个第一节点、一个第二节点、一个第三节点以及一个第四节点和用于连接诸节点的互连网络的集线器系统,当每个节点都是并行处理系统的一个处理器时,其中互连网络包括一个用于以回路型式连接第一节点、第二节点和第四节点的第一传输回路;一个用于以回路型式连接第二节点、第三节点和第一节点的第二传输回路;一个用于以回路型式连接第三节点、第四节点和第二节点的第三传输回路;以及一个用于以回路型式连接第四节点,第一节点和第三节点的第四传输回路。
本发明的上述目的和优点,通过参照附图详细叙述其一个优选实施例将变得更为显而易见,在附图中:
图1示出一种网络结构,其中两个节点借助随意回路(AL)法相连接;
图2示出一种网络结构,其中借助向图1的结构添加另一个AL来增加通过能力;
图3a示出一种网络结构,其中使用独立的AL将三个节点互相连接起来;
图3b示出一种网络结构,其中使用专用通路将三个节点互相连接;
图4示出一种网络结构,其中通过对四个节点都使用三个独立的AL来增加通过能力;
图5示出一种集线器系统的结构,其中使用了光纤通道转接器;
图6示出根据本发明的一种具有四个节点的集线器系统中的互连网络;
图7a示出一种结构,其中节点数目从图6所示的互连网络增加到5和8之间;以及
图7b示出一个结构,其中一个盘节点被连接到图6或图7a所示的互连网络上。
在下文中,将参照附图详细叙述本发明。
图1示出一种任意回路(AL)网络的结构,其中两个节点互相连接起来。用于两个节点之一的一个FC适配器板通过独立的传输和接收通道连接到用于另一个节点的FC适配器板,于是形成一个由两个SMP节点构成的简单集线器系统。
一个附加的AL网络可用来增加通道的带宽,如图2所示。在这一情形,通道的带宽加倍并且整个系统的通过能力也由于每个节点能传输一个信息而变得更大。但是,适配器的数目也得加倍并且多需要两个插槽供每个SMP连接到它的FC适配器之用。
图3a和图3b说明连接三个节点的两种方法。图3a示出使用两个独立的AL网络增加三个节点之间的通道带宽和通过能力的结构。由于三个节点共享两个网络的关系,每个节点的标准有效带宽增加到0.67B(其中B为一个通道的带宽)。在这一情形,需要六个适配器并且对每个节点需要两个外围元件接口(PCI)插槽。在图3b中,应用和图3a同一样的物理配置,只是连接方法不同。每一个节点的最大带宽加了一倍而且信息延迟时间可以缩短。但是,当一个信息由于一个网络中的故障而不能传输时,在图3a的情形,信息可以通过另一网络传输。然而,在图3b的情形,由于信息必须通过另一节点传输的关系,信息延迟时间会变长。因此,必须根据用途采用不同的连接方法。
图4示出一种用于连接四个节点的方法。在这一方法中,三个典型的FC-AL网络并联以改善每个节点的带宽和通过能力。由于在每一节点处必须安装三个适配器板来构成三个独立的AL网络,故总共需要十二个适配器板。在这一情形,四个节点中的三个可以同时传输信息。平均每个节点的带宽等于0.75B,并且最大带宽等于3B。
图5示出一种使用编织线构造集线器系统的方法。这一方法具有的一个优点是与AL网络相比,节点的数目很容易增加到使用光纤通道转接器作编织线所提供的节点数。
图6示出一种根据本发明的带宽、延迟时间和通过能力都被改善的互连网络。所支持的节点数目与图4所示一样等于4,只是连接节点的方法被改变了。下文中,连接方法因多个AL被组合在一起而叫做建立随意回路(SOAL)。
使用SOAL法,由于不用FC转接器,网络可以建造成低价格的,并且由于三个独立的回路连接到每个节点的关系,因而故障容限很大。而且,由于本发明需要的唯一硬件只是一个标准的FC适配器和一个标准的连接电缆(光纤电缆或同轴电缆),也很容易构筑出一个互连网络。
如图6所示,当四个节点被连接起来并且每一回路连接三个节点时,共使用四个回路。而且每一个回路都能分享包括在另一回路中的一个节点。每一回路被三个节点共享(因而对一个回路来说,每个节点的平均有效带宽等于B/3)。由于每个节点都连接三个回路,所以一个节点的平均有效带宽等于B(与图4情形中的0.75B不同)。每个节点都有一个3B的最大带宽。由于所有四个节点能同时使用不同的回路传输信息,因而对于一个节点来说,根本不需要等待另一个节点去使用一个通道传输信息。由于每个回路均连接到三个节点,所以选定一个通道所需要的时间(延迟时间)被缩短了。在任意一个通道中发生故障使那个通道不工作的情形下,连接到有故障通道的三个节点的平均有效带宽从B下降到2B/3。不连接到有故障通道的其他节点的平均有效带宽仍为B不变。而在图4的情形,当一个通道发生故障时,平均有效带宽则从3B/4下降到B/2。因此,在根据本发明的互连网络中,有可能在一个通道变得有故障时,继续保持正常工作,性能上仅有很少的下降。
图7a示出一种网络结构,其中节点数目从图6的网络结构增加到5和8之间。图7b示出一种互连网络,其中使用了一个共享的盘系统。首先增加的第五节点可放在任何以虚线标出的位置。但是,后加的节点则必须从第五节点以顺时针方向或反时针方向连续加上。根据上面这个方法,每个新添加的节点只需包括两个适配器。当根据本发明的集线器系统的节点数多于7时,需要一个新的回路。那时,所有的节点都必须包括三个适配器。
如果有必要,共享盘可以加到图7b所示的系统中。等待时间由于通过允许四个独立通道都访问盘使不同回路中的节点都可并行访问盘而缩短。在四个通道中的一个变得有故障时,各节点都可使用其余三个通道访问盘。
当根据本发明的SOAL法与根据常规技术的编织线法相比较时,所需要的适配器数目,转接器数目以及每个节点的带宽如下:
〔表1〕
节点目 | SOAL | 编织线 | |||
适配器数目(带一个HD阵列) | 节点带宽 | 适配器数目 | 需要的转接器数(8端口转接器) | 节点带宽 | |
2 | 2(3) | B | 2 | 1 | B |
3 | 6(8) | 2B | 3 | 1 | B |
4 | 12(16) | 3B | 4 | 1 | B |
5 | 14(18) | 3B(有一个节点为2B) | 5 | 1 | B |
6 | 16(20) | 3B(有二个节点为2B) | 6 | 1 | B |
7 | 21(25) | 3B | 7 | 1 | B |
8 | 24(28) | 3B | 8 | 2(1个用于HD) | B |
B表示FC主适配器的带宽。SOAL结构中的节点带宽平均是编织线结构中节点带宽的二倍大。在编织线结构中,信息由于通过转接器而被延迟。在SOAL结构中,这一延迟由于没有转接器而得以避免。在编织线结构中,当转接器中发生故障时,整个集线器系统可能会停止工作。在SOAL结构中,由于每个节点都连接到三个在物理上独立的回路的关系,网络管理、误差检测以及故障容限都非常好。
根据本发明,在互连网络支持的节点数目不大的情形,增加额外的节点比在根据常规技术的互连网络中要受到更多的限制。但是,根据本发明的互连网络中的节点能够以小的开支费用增添。此外,在根据本发明的互连网络中,每一个节点的带宽大,延迟时间短,并且容错效果大。在连接到共享盘的情形,提供了一个大带宽,并且用于获得访问共享盘所需的时间也变短了。
Claims (7)
1.一种集线器系统,包括一个第一节点,一个第二节点,一个第三节点以及一个第四节点和一个用于连接各节点的互连网络,在每个节点都是并行处理系统的一个处理器时,其中互连网络包括:
一个第一传输回路,用于以回路型式连接第一节点、第二节点和第四节点;
一个第二传输回路,用于以回路型式连接第二节点、第三节点和第一节点;
一个第三传输回路,用于以回路型式连接第三节点、第四节点和第二节点;以及
一个第四传输回路,用于以回路型式连接第四节点、第一节点和第三节点。
2.根据权利要求1要求的集线器系统,还包括一个第五节点,并且当用于将第一节点连接到第二节点的诸传输线、用于将第二节点连接到第三节点的诸传输线、用于将第三节点连接到第四节点的诸传输线以及用于将第四节点连接到第一节点的诸传输线分别称作第一传输线群、第二传输线群、第三传输线群和第四传输线群时,第五节点连接到互连网络的第一、第二、第三和第四传输线群中的一个传输线群的所有传输线上。
3.根据权利要求2要求的集线器系统,还包括一个第六节点,并且其中第六节点在第五节点连接到互连网络的第N传输线群时连接到第(N+1)传输线群(当N等于4时为第一传输线群)的所有传输线上。
4.根据权利要求3要求的集线器系统,还包括一个第七节点和一个用于以回路型式连接第五节点、第六节点和第七节点的第五传输回路,并且其中第七节点在第六节点连接到互连网络中的第N传输线群时连接到第(N+1)传输线群(当N等于4时为第一传输线群)的所有传输线上。
5.根据权利要求4要求的集线器系统,还包括一个第八节点,其中第八节点连接到第五传输线并且第五、第六、第七和第八节点分别连接到互连网络中的第一、第二、第三和第四传输线群的所有传输线上。
6.根据权利要求1至5要求的集线器系统,其中每个节点包括一个预定数目的光纤通道适配器板。
7.根据权利要求1至5要求的集线器系统,还包括一个由盘系统构成的盘节点,并且其中盘节点连接到用于将互连网络中的第二节点连接到第四节点的第一传输线,用于将第四节点连接到第二节点的第三传输线,以及用于将第一节点连接到第三节点的第四传输线。
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