CN1269550A - 分区计算机系统中的动态i/o分配 - Google Patents

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Abstract

一种允许多处理机系统的多个节点共享一组I/O部件的系统和方法。设置一个箱式输入/输出控制器(CI/OC),其管理多处理机系统的节点和公用I/O部件之间的通信,以允许各节点排它地访问它的一个或多个目标部件。各个节点经过一个业务处理机和该CI/OC通信,并且该IC/OC和不同的I/O部件以及节点的USB控制器互连。

Description

分区计算机系统中的动态I/O分配
本发明一般地涉及多处理机计算机系统，尤其涉及分区多处理机系统中在处理机之间的资源分配。更具体地，本发明涉及在多处理机计算机系统的节点之间共享公用的I/O部件组的方法。
技术上周知多处理器计算机系统，并且用于通过允许在几个不同的系统处理机之间处理分割的任务而提高处理能力。在常规系统，每个处理机可访问所有的系统资源；即，所有的系统资源，例如存储器和I/O部件，是在所有的系统处理机之间共享的。典型地，可在处理机之间划分系统资源的某些部分，例如，尽管各处理机能访问共享的存储器，该存储器被分区以使每个处理机具有它自己的工作空间。在非均匀存储器存取(NUMA)系统中，每个处理机具有它自己的存储器，并且还可以访问别的处理机所拥有的存储器。
近来，对称多处理机(SMP)系统已被分割以便表现成多个独立的计算机系统。例如，具有八个处理机的单个系统可配置成把八个处理机中的每个(或者多个由一个或多个处理机组成的组)对待成一个独立的供处理用途的系统。这些“虚拟”系统中的每个系统会具有它自己的操作系统拷贝，从而可独立地指定任务或者可作为一个处理簇一起运行，这提供高速处理能力以及改进的可靠性。典型地，在多处理机系统中，还存在一个“业务”处理机，它管理整个系统的启动和运行，其中包括系统配置和共享总线及部件上的到和来自特定处理机的数据路由选择。
当在单个处理机系统中把几个虚拟系统配置成按一个簇运行时，必须提供允许每个簇节点和该多处理机系统中的各个其它节点通信的软件支持，以便利用任何簇通信技术进行法定人数(quorum)协商和批准、发送“心跳”和进行其它法定人数功能。当实现这一点时，若一个处理机出故障(这使该节点变成对于该簇是不可使用的)，可利用标准簇技术把分配给该节点的作业在其余的处理机(节点)之中重新分配。
典型地，当把一个多处理机系统划分成多个虚拟系统时，每个虚拟系统具有它自己的操作系统拷贝，并且每个虚拟系统使用相同的操作系统。由于每个处理机运行相同的操作系统，在处理机之间提供资源分配是相对容易的。
大型多处理机系统的一个特点是，由于它们通常用于大型处理作业，它们相对很少地使用典型的I/O部件，例如键盘、显示器、可移动介质部件等等。但是不能去掉这些部件，因为存在不经常的需要使用它们的场合。在大型多处理机系统的每个节点内都具有这些部件造成昂贵地重复这些很少使用的部件，并且产生管理和维护设备的不必要负担。从而，需要一种使大型多处理机系统的几个分区或几个节点共享单组I/O部件的手段。
从而本发明的一个目的是提供一种运行多处理机计算机系统的系统和方法。
本发明的另一个目的是提供一种改进多处理机计算机系统内的资源分配的系统和方法。
本发明的再一个目的是提供一种在多处理机计算机系统内的节点之间共享公用I/O部件组的系统和方法。
从而，提供一种允许多处理机系统的多个节点共享一组I/O部件的系统和方法。设置一个箱式输入/输出控制器(CI/OC)，其管理多处理机系统的节点和公用I/O部件之间的通信，以允许各节点排它地访问它的一个或多个目标部件。各个节点经过一个业务处理机和该CI/OC通信，并且该CI/OC和不同的I/O部件以及节点的USB控制器互连。在一种替代实施例中，还包括一个USB至ISA桥路，以允许附着传统I/O部件。在下述详细文字说明中，本发明的上述以及其它目的、特点和优点将变为清楚。
在附属权利要求书中叙述本发明所确信的新颖特征。然而，在连带附图下阅读下述一种示范实施例的详细说明可最好地理解本发明本身、其优选使用方式以及其它目的和优点，附图是：
图1是依据本发明的一种优选实施例的多处理机计算机系统；
图2描述依据本发明的一种优选实施例的和CI/OC连接的SMP节点；
图3是依据本发明的一种优选实施例的CI/OC的方块图；
图4描述依据本发明的一种优选实施例的CI/OC和业务服务机的方块图；
图5是依据本发明的一种优选实施例的数个和集线器连接在CI/OC下游的I/O部件方块图；以及
图6是依据本发明的一种优选实施例使用公用I/O系统的流程图。
本优选实施例提供一种允许多处理机系统中的多个节点共享公用I/O部件组的箱式输入/输出控制器(CI/OC)。在该优选实施例中，在各个节点仍存在和诸如以太网适配器以及相关的网络接插件有关的I/O的其它运行期的操作。
现参照各图，尤其参照图1，图1描述可在其中实现本发明的一种优选实施例的数据处理系统的方块图。数据处理系统100例如是可从纽约州Armonk市的国际商用机器公司购得的服务器型计算机中的一种。数据处理系统100包括处理机101和102，在本示范实施例中它们各分别和层二(L2)高速缓存器103、104连接，后者再和系统总线106连接。
和系统总线106连接的还有系统存储器108和主宿桥路(PHB)122。PHB 122把I/O总线112连接到系统总线106，对一条总线到另一条总线的数据事务进行中继和/或变换。在该示范实施例中，数据处理系统100包括和I/O总线112连接的图形适配器118，它为显示器120接收用户接口信息。通过工业标准体系结构(ISA)桥路121对I/O总线112连接外围设备，例如可以是硬盘机的非易失性存储器以及键盘/指点器116(指点器可包括常规鼠标、跟踪球等)。PHB 112还通过I/O总线112和PCI插槽124以及通用串行总线控制器126连接。
图1中示出的示范实施例只是以解释本发明的目的提供的，业内人士会意识到大量的形式上的和功能上的变型是可能的。例如，数据处理系统100还可包括只读光盘存储器(CD-ROM)或数字视盘(DVD)机、声卡和声频扬声器以及各种其它供选用的构件。所有这些变型确信是在本发明的精神和范围之内的。数据处理系统100以及后面的CI/OC体系结构的各示例只是出于解释的目的举例的，并不意味着对体系结构加以限制。
现参照图2，其中示出可作为大型多处理机系统的积木块的节点200。节点200包括各SMP处理机202和关联的存储器204(可由其它处理机共享)。SMP处理机202和主宿桥路(PHB)206连接，PHB 206接着再连接到通用串行总线(USB)控制器208和PCI槽210。在本实施例中不和别的节点共享的各I/O部件212连接到(或典型地插入到)各PCI槽210中。USB控制器208是由业务处理机(SP)214控制的CI/OC 216的优选节点输入连接件。通过节点输入端子218，CI/OS和其它节点连接并允许它们共享I/O部件220。请注意，虽然该图只示出一个示例节点的细节，节点200和其它节点218通过相同的CI/OC 216的节点输入各连接到CI/OC 216。
大型多处理机系统可布置成一些较小的独立分区或者布置成NUMA或簇。若把大型多处理机布置成NUMA或簇，可使用供选用的节点互连硬件222以得到所需的互连配置。本优选实施例的CI/OC 216用于控制并互连带有单个公用部件集的各节点。例如，安装在单个机架中的大型多处理机系统应包括多个计算机节点，但整个机架应只需要单个操作员终端、软盘等。最好由业务处理机(SP)214管理CI/OC配置。每个节点含有一个USB控制器208。
现参照图3，其描述依据该优选实施例的CI/OC的高层图。这里，把CI/OC 300示成和它的业务处理机302连接。还示出示范性的节点输入端子306、308，它们允许如图2中所示的节点连接。CI/OC 300还和公用I/O部件组304连接。最好每个大型多处理机系统只有一个CI/OC300和一个SP 302，并且所有共享公用I/O部件304的节点连接在CI/OC300的下游上。CI/OC 300上的节点输入端子数量是和其具体实现相关的。
现参照图4，CI/OC 400的更详细图示成包括一系列的用于把节点输入端子406和下游的I/O部件组404相连的开关408。SP 402最多把一个节点转接到公用I/O部件组接插件404上。由于该优选实施例提供的所有接插件是USB兼容的，这些部件是可热插入的，即，它们可以在节点运行时插到节点上或从节点取下。激励开关408等效于附着到下游连接。去激励开关等效于脱离下游连接。SP 402根据需要把下游部件404连接到节点输入端子406。
现参照图5，图中描述示中包含着基本I/O的公用I/O系统以及各种示范的I/O部件，其中基本I/O用于启动公用I/O连接。在该图中，CI/OC 500连接到集线器502，在本优选实施例中它是一个USB集线器。集线器502使得来自CI/OC的通信可传送到任何连接着的部件上。这些部件可包括键盘504和鼠标506。若本机USB部件不能满足要求，各I/O部件可包括商业上可购到的USB至ISA转换逻辑电路508。这样做后，可以连接传统的部件，例如ISA软盘机510、串行端口512和并行端口514。
可从http：//www.usb.org(根据本申请的申请日期)网址处得到的并作为本文的资料的通用串行总线技术要求规定USB在由VBUS、GND、D+和D-组成的四个布线上传送信号和功率。在二根线，D+和D-，上出现信令。在本优选实施例中，集线器502是供电集线器以向连接着的部件供电，从而它不需要来自节点USB控制器的VBUS和GND。在该实施例中，从节点USB控制器208到CI/OC 216的互连如图2中所示，而再到集线器502的互连如图5中所示，该互连包括USB信号D+和D-但略掉VBUS和GND。
现参照图6，其中示出公用I/O系统的优选操作流程图。当某节点需要某公用I/O部件时(步骤600)，它向业务处理机发送请求(步骤610)，以请求“连接”操作。若当前没有别的节点使用该I/O通道(步骤620)，SP切换CI/OC以允许该节点和下游部件通信(步骤630)。该节点使用该I/O部件(步骤640)，并且当结束时它指示SP断开CI/OC连接以去连接I/O部件(步骤650)。然后该节点继续常规地工作(660)。
在该I/O通道被别的节点使用(步骤620)，拒绝该连接(步骤670)。该节点恢复常规操作，并且可能按所需的次数重试以建立连接。由于多处理机系统的本性，这些类型的部件冲突是相对不多见的，从而不需要更为复杂的仲裁技术，尽管业内人士可实现这些仲裁技术。
尽管参照一种优选实施例具体地示出和说明了本发明，业内人士理解可以在不背离本发明的精神和范围下对其在形式上和细节上做出各种修改。例如，必须支持大节点数量的情况下可以级联CI/OC块，从而每个节点和一个CI/OC连接并且可通过CI/OC部件链和各外围设备通信。该以及其它修改是在后面的权利要求书的范围内考虑到的。

Claims (18)

1.一种计算机系统，包括：
多个系统节点，每个节点至少具有一个系统处理机和一个关联的存储器，所述系统节点各被连接以在各自的部件端口上进行通信；
一个部件控制器，其连接到所述部件端口中的至少一个端口上；以及
至少一个和所述部件控制器连接的外围设备，
其中所述系统配置成执行下述步骤：
在直接连接上从某系统节点向所述部件控制器发送请求；
通过所述控制器建立所述系统节点和所述外围部件之间的排它性连接；以及
由所述系统节点操作所述外围设备。
2.权利要求1的系统，其中所述多个系统节点按对称多处理机系统运行。
3.权利要求1的系统，其中每个所述系统节点共享所述外围设备。
4.权利要求1的系统，其中所述连接是依据通用串行总线规范的。
5.权利要求1的系统，其中所述系统还配置成当所述系统节点和所述外部部件连接时执行阻止第二系统节点和所述外部部件之间的连接的步骤。
6.权利要求1的系统，其中所述控制器和多个计算机系统连接，并且在所述多个系统之中共享所述外围设备。
7.权利要求1的系统，其中所述计算机系统是安装在机架上的系统。
8.权利要求1的系统，其中当连接多个外围设备时，所有所述外围设备在所述建立步骤期间连接到所述系统节点上。
9.一种多处理机计算机系统，包括：
多个虚拟计算机系统，每个系统具有至少一个系统处理机以及连接成由所述处理机对其读写的一个存储器；
一个和所述计算机系统连接的公用输入/输出控制器；以及
至少一个和所述控制器连接的外围设备，
其中当所述计算机系统请求时所述控制器在所述计算机系统和所述外围设备之间建立排它的连接。
10.权利要求9的系统，其中所述多个虚拟计算机系统划分成对称多处理机系统。
11.权利要求9的系统，其中所述控制器连接成为所述多个虚拟计算机系统提供对所述多个外围设备的连接。
12.权利要求9的系统，其中每个所述虚拟计算机系统经过通用串行总线和所述控制器连接，并且每个外围设备通过通用串行总线集线器和所述控制器连接。
13.权利要求9的系统，其中每个所述虚拟计算机系统包括一个通用串行总线控制器。
14.权利要求9的系统，其中当连接多个外围设备时，当连接所述外围设备时把所有的所述外设连接到所述虚拟系统。
15.一种部件控制器，包括：
一个通信控制器；
多个节点输入端子，每个端子运行上和所述通信控制器连接；以及
多个部件接插件，每个接插件运行上和所述通信控制器连接，
其中所述通信控制器仲裁所述多个部件接插件的节点拥有权，并且
当向某给定的节点输入端子授予对多个部件接插件的拥有权时在该节点输入端子和所有的所述部件接插件之间提供排它性的连接。
16.权利要求15的部件控制器还包括一个和所述多个部件接插件连接的集成的通用串行总线集线器。
17.权利要求15的部件控制器，其中所述部件接插件是通用串行总线接插件。
18.权利要求15的部件控制器，还包括一个运行上和所述通信控制器连接的工业标准体系结构部件接插件。
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