DE102010021825A1 - Multiprocessor computer system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Mehrprozessor-Computersystem (1) mit einer Mehrzahl von Arbeitsprozessoren (7), die zur Ausführung eines Benutzerprogramms eingerichtet sind, und einer Mehrzahl von Überwachungsprozessoren (8, 9) zur Überwachung der Arbeitsprozessoren (7) mit folgenden Merkmalen: a) die Überwachungsprozessoren (8, 9) sind untereinander über einen Datenbus (11) zum Datenaustausch miteinander verbunden, b) ein Überwachungsprozessor ist als Master-Überwachungsprozessor (9) ausgebildet, die übrigen Überwachungsprozessoren sind als Slave-Überwachungsprozessoren (8) ausgebildet, c) jeweils ein Slave-Überwachungsprozessor (8) ist einem oder mehreren Arbeitsprozessoren (7) zugeordnet und zur Aufnahme von Betriebsdaten dieses Arbeitsprozessors (7) bzw. dieser Arbeitsprozessoren (7) eingerichtet, d) der Master-Überwachungsprozessor (9) weist eine von dem Datenbus (11) separate Kommunikationsschnittstelle (5) zum Datenaustausch mit Einrichtungen (26) außerhalb des Mehrprozessor-Computersystems (1) auf, e) der Master-Überwachungsprozessor (9) ist dazu eingerichtet, von den Slave-Überwachungsprozessoren (8) aufgenommene Betriebsdaten der Arbeitsprozessoren (7) zu sammeln, auszuwerten und auf Erfüllung wenigstens eines vorbestimmten Kommunikationskriteriums zu prüfen, und bei Erfüllung des Kommunikationskriteriums von den Slave-Überwachungsprozessoren (8) gesammelte Betriebsdaten der Arbeitsprozessoren (7) direkt oder vorverarbeitet über die Kommunikationsschnittstelle (5) auszusenden.The invention relates to a multiprocessor computer system (1) with a plurality of work processors (7) which are set up to execute a user program and a plurality of monitoring processors (8, 9) for monitoring the work processors (7) with the following features: a) the monitoring processors (8, 9) are interconnected via a data bus (11) for data exchange, b) one monitoring processor is designed as a master monitoring processor (9), the other monitoring processors are designed as slave monitoring processors (8), c) each a slave monitoring processor (8) is assigned to one or more work processors (7) and is set up to receive operating data from this work processor (7) or these work processors (7), d) the master monitoring processor (9) has one of the data bus ( 11) separate communication interface (5) for data exchange with devices (26) outside the multiprocessor computer systems (1), e) the master monitoring processor (9) is set up to collect operating data of the work processors (7) recorded by the slave monitoring processors (8), to evaluate them and to check them for compliance with at least one predetermined communication criterion, and at Sending the operating data of the work processors (7) collected by the slave monitoring processors (8) directly or preprocessed via the communication interface (5) to meet the communication criterion.
Description
Die Erfindung betrifft ein Mehrprozessor-Computersystem mit einer Mehrzahl von Arbeitsprozessoren, die zur Ausführung eines Benutzerprogramms eingerichtet sind, und einer Mehrzahl von Überwachungsprozessoren zur Überwachung der Arbeitsprozessoren gemäß dem Anspruch 1.The invention relates to a multiprocessor computer system with a plurality of working processors, which are set up to execute a user program, and a plurality of monitoring processors for monitoring the working processors according to claim 1.
Beispielsweise aus der
Bei derartigen Mehrprozessor-Computersystemen besteht, insbesondere wenn eine sehr große Anzahl von Prozessoren eingesetzt wird, ein Bedarf daran, den Zustand und die Betriebsdaten einzelner Prozessoren oder zumindest einzelner Prozessorplatinen spezifisch zu überwachen und für einen Bediener kontrollierbar zu gestalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsmöglichkeit für einzelne Prozessoren oder eine Mehrzahl von Gruppen von Prozessoren vorzusehen, die bei kostengünstiger Realisierung eine Überwachung einer Vielzahl von Prozessoren erlaubt, ohne dass die hierbei anfallende hohe Zahl von Überwachungsdaten den verwendeten Datenbus übermäßig blockiert.In such multiprocessor computer systems, especially when a very large number of processors are used, there is a need to specifically monitor the state and operating data of individual processors or at least individual processor boards and make them controllable for an operator. The invention has for its object to provide a monitoring capability for individual processors or a plurality of groups of processors, which allows cost-effective implementation monitoring a variety of processors without the resulting high number of monitoring data blocked the data bus used excessively.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.This object is achieved by the invention defined in claim 1. The subclaims indicate advantageous embodiments of the invention.
Die Erfindung schlägt ein Überwachungssystem vor, das einen Master-Überwachungsprozessor, eine Mehrzahl von Slave-Überwachungsprozessoren und als Verbindung zwischen den Überwachungsprozessoren einen Datenbus zum Datenaustausch beinhaltet. Es erfolgt somit eine Überwachung durch gesonderte Hardwarekomponenten, was den Vorteil hat, dass die Überwachung unabhängig von der Ausführung von Software auf den Arbeitsprozessoren erfolgen kann, insbesondere unabhängig vom Betriebssystem der Arbeitsprozessoren. Hierdurch werden die Arbeitsprozessoren von Überwachungsaufgaben entlastet. Durch die Verwendung von Hardwarekomponenten kann auch eine definierte zeitliche Durchführbarkeit der Überwachung der Arbeitsprozessoren sichergestellt werden.The invention proposes a monitoring system which includes a master monitoring processor, a plurality of slave monitoring processors and, as a connection between the monitoring processors, a data bus for data exchange. There is thus a monitoring by separate hardware components, which has the advantage that the monitoring can be done independently of the execution of software on the working processors, in particular independent of the operating system of the working processors. As a result, the work processors are relieved of monitoring tasks. The use of hardware components can also ensure a defined time feasibility of monitoring the work processors.
Mit einem derartigen Überwachungssystem kann sozusagen eine minimalinvasive Überwachung der gesamten Architektur des Mehrprozessor-Computersystems durchgeführt werden, insbesondere auch bei Systemen mit einer sehr großen Anzahl von Arbeitsprozessoren. Als Arbeitsprozessoren seien Prozessoren verstanden, die zur Ausführung von Benutzerprogrammen, direkt oder über ein auf den Arbeitsprozessoren ausgeführtes Betriebssystem, eingerichtet sind.With such a monitoring system, so to speak, a minimally invasive monitoring of the entire architecture of the multiprocessor computer system can be carried out, especially in systems with a very large number of work processors. Processors are understood as processors that are set up to execute user programs, directly or via an operating system running on the working processors.
Die Erfindung ermöglicht auf kostengünstige Weise eine Überwachung spezifischer Daten einzelner Arbeitsprozessoren oder jeweils von Gruppen von Arbeitsprozessoren durch Zuordnung jeweils eines Slave-Überwachungsprozessors zu einem oder mehreren dieser Arbeitsprozessoren. Dies führt trotz der dabei erforderlichen, relativ hohen Anzahl von Slave-Überwachungsprozessoren zu einer kostengünstigen Realisierung des Überwachungssystems, da die einzelnen Überwachungsprozessoren als preisgünstige Mikrokontroller, z. B. von der Firma Atmel, ausgebildet sein können. Die Rechenkapazität solcher Mikrokontroller ist für die gestellte Überwachungsaufgabe ausreichend, da jeder Slave-Überwachungsprozessor nur eine relativ geringe Anzahl von Arbeitsprozessoren zu überwachen hat.The invention enables cost-effective monitoring of specific data of individual work processors or groups of work processors by assigning one slave monitoring processor to one or more of these work processors. This leads, despite the required thereby, relatively high number of slave monitoring processors to a cost-effective implementation of the monitoring system, since the individual monitoring processors as low-cost microcontroller, z. B. of the company Atmel, may be formed. The computing capacity of such microcontrollers is sufficient for the given monitoring task, since each slave monitoring processor has only a relatively small number of working processors to monitor.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Master-Überwachungsprozessor vorgesehen ist, der eine übergeordnete Instanz des Überwachungssystems darstellt und die Slave-Überwachungsprozessoren kontrolliert. Der Master-Überwachungsprozessor ist mit den Slave-Überwachungsprozessoren über einen Datenbus zum Datenaustausch verbunden. Vorteilhaft ist der Master-Überwachungsprozessor dazu eingerichtet, von den Slave-Überwachungsprozessoren aufgenommene Betriebsdaten der Arbeitsprozessoren zu sammeln, auszuwerten und auf Erfüllung wenigstens eines vorbestimmten Kommunikationskriteriums zu prüfen. Nur bei Erfüllung des Kommunikationskriteriums sendet der Master-Überwachungsprozessor gesammelte Betriebsdaten über die Kommunikationsschnittstelle aus. Hierdurch kann der Datenverkehr auf der Kommunikationsschnittstelle bzw. damit verbundenen Bussystemen gering gehalten werden und nur auf erforderliche Fälle begrenzt werden. Als Kommunikationskriterium kann z. B. das Erreichen bestimmter Grenzwerte von überwachten Betriebsdaten verwendet werden, wie z. B. zu hohe Betriebstemperatur oder zu geringe Betriebsspannung.Another advantage of the invention is that it provides a master monitoring processor which is a higher-level instance of the monitoring system and controls the slave monitoring processors. The master monitoring processor is connected to the slave monitoring processors via a data bus for data exchange. Advantageously, the master monitoring processor is set up to collect operating data of the working processors picked up by the slave monitoring processors, to evaluate them and to check for fulfillment of at least one predetermined communication criterion. Only when the communication criterion is fulfilled does the master monitoring processor send out collected operating data via the communication interface. As a result, the data traffic on the communication interface or associated bus systems can be kept low and limited only in required cases. As a communication criterion can z. B. the achievement of certain limits of monitored operating data can be used, such. B. too high operating temperature or too low operating voltage.
Vorteilhaft weist der Master-Überwachungsprozessor eine von dem Datenbus separate Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch mit Einrichtungen außerhalb des Mehrprozessor-Computersystems auf. Somit stellt der Master-Überwachungsprozessor eine übergeordnete Kommunikationsinstanz des Überwachungssystems dar, die kontrollieren kann, welche Daten auf der separaten Kommunikationsschnittstelle von dem Überwachungssystem ausgesendet werden sollen.Advantageously, the master monitoring processor has a communication interface separate from the data bus for data exchange with devices outside of the multiprocessor computer system. Thus, the master monitoring processor is a higher-level communication entity of the monitoring system, which can control which data on the separate communication interface should be transmitted by the monitoring system.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jeder Slave-Überwachungsprozessor räumlich nahe bei dem von ihm zu überwachenden Arbeitsprozessor bzw. den zu überwachenden Arbeitsprozessoren angeordnet.According to an advantageous development of the invention, each slave monitoring processor is spatially close to the one to be monitored by it Work processor or to be monitored working processors arranged.
Eine solche lokale Anordnung bei den Arbeitsprozessoren hat den Vorteil, dass das Überwachungssystem mit geringem Verkabelungsaufwand realisiert werden kann. Es können kurze Stromversorgungs- und Signalleitungen realisiert werden, so dass durch das Überwachungssystem der eigentliche Betrieb des Mehrprozessor-Computersystems nur minimal beeinflusst wird. Insbesondere werden Signallaufzeiten und Spannungsverluste an Überwachungsleitungen nur minimal erhöht. Insgesamt ist durch die Erfindung ein Überwachungssystem realisierbar, das nur einen geringen zusätzlichen Energiebedarf hat.Such a local arrangement in the working processors has the advantage that the monitoring system can be realized with little cabling. Short power supply and signal lines can be realized so that the actual operation of the multiprocessor computer system is only minimally affected by the monitoring system. In particular, signal propagation times and voltage losses on monitoring lines are only minimally increased. Overall, a monitoring system can be realized by the invention, which has only a small additional energy consumption.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Arbeitsprozessoren auf einer Prozessorplatine angeordnet. Jeweils ein Slave-Überwachungsprozessor ist einer Prozessorplatine zur Überwachung zugeordnet. Vorteilhaft können als Prozessorplatinen Com-Express-Boards eingesetzt werden. Dies erlaubt eine kostengünstige Realisierung auch von großen Mehrprozessor-Computersystemen.According to an advantageous embodiment of the invention, one or more work processors are arranged on a processor board. In each case a slave monitoring processor is assigned to a processor board for monitoring. Advantageously can be used as processor boards Com-Express boards. This allows a cost-effective implementation of large multi-processor computer systems.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Slave-Überwachungsprozessoren auf einer oder mehreren Basisplatinen angeordnet, über die Daten- und Stromversorgungsleitungen für die Prozessorplatinen geführt sind. Die Prozessorplatinen sind auf die Basisplatinen aufgesetzt, z. B. aufgesteckt oder aufgelötet.According to an advantageous development of the invention, the slave monitoring processors are arranged on one or more base boards via which data and power supply lines for the processor boards are routed. The processor boards are mounted on the motherboards, z. B. plugged or soldered.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jeder Slave-Überwachungsprozessor auf einer eigenen Trägerplatine angeordnet, über die Daten- und Stromversorgungsleitungen für eine Prozessorplatine geführt ist. Die eine Prozessorplatine ist auf diese Trägerplatine aufgesetzt, z. B. aufgesteckt oder aufgelötet. Die Trägerplatine ist dann auf die Basisplatine aufgesetzt. Dies hat den Vorteil, dass die Trägerplatinen mit den Slave-Überwachungsprozessoren sozusagen nach dem Sandwich-Prinzip zwischen den Prozessorplatinen und einer Basisplatine eingefügt werden können. Dies erlaubt eine einfache, ggf. noch nachträgliche Integration eines Überwachungssystems in ein Mehrprozessor-Computersystem.According to an advantageous development of the invention, each slave monitoring processor is arranged on its own carrier board, via which data and power supply lines for a processor board are routed. The one processor board is placed on this carrier board, z. B. plugged or soldered. The carrier board is then placed on the base board. This has the advantage that the carrier boards with the slave monitoring processors can be inserted so to speak, according to the sandwich principle between the processor boards and a motherboard. This allows a simple, possibly even subsequent integration of a monitoring system in a multiprocessor computer system.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Prozessorplatinen in zueinander parallelen Reihen nebeneinander angeordnet. Die Prozessorplatinen können in den parallelen Reihen entweder direkt auf der Basisplatine oder, durch die genannten Trägerplatinen, mittelbar auf der Basisplatine angeordnet sein. Die Anordnung der Prozessorplatinen in den zueinander parallelen Reihen erlaubt eine günstige Luftführung, beispielsweise entlang eines zwischen den Prozessor-Reihen gebildeten Mittelkanals, und dadurch eine effiziente Kühlung der Prozessoren.According to an advantageous development of the invention, the processor boards are arranged side by side in rows parallel to one another. The processor boards may be located in the parallel rows either directly on the motherboard or, indirectly, on the motherboard through said carrier boards. The arrangement of the processor boards in the mutually parallel rows allows a favorable air flow, for example along a central channel formed between the processor rows, and thereby an efficient cooling of the processors.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind einer, mehrere oder alle der Slave-Überwachungsprozessoren dazu eingerichtet, wenigstens Stromaufnahme, Betriebsspannung und Betriebstemperatur der zugeordneten Arbeitsprozessoren bzw. der Prozessorplatine zu messen. Gegebenenfalls können auch weitere Betriebsdaten erfasst werden, beispielsweise Lüfterdrehzahl oder Zustandsdaten der Arbeitsprozessoren.According to an advantageous embodiment of the invention, one, several or all of the slave monitoring processors are adapted to measure at least current consumption, operating voltage and operating temperature of the associated working processors or the processor board. Optionally, other operating data can be detected, for example, fan speed or status data of the working processors.
Grundsätzlich ist es möglich, dass auch der Master-Überwachungsprozessor die Funktion der Überwachung von einem oder mehreren Arbeitsprozessoren durchführt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Master-Überwachungsprozessor keinem Arbeitsprozessor zu dessen Überwachung zugeordnet. Hierdurch wird die Rechenzeitbelastung des Master-Überwachungsprozessors gering gehalten. Der Master-Überwachungsprozessor kann sich damit auf seine hauptsächliche Aufgabe, das Sammeln von Daten von den Slave-Überwachungsprozessoren, die Vorverarbeitung der Daten und die Kommunikation von Daten über die Kommunikationsschnittstelle konzentrieren. Soweit noch Rechenkapazität verfügbar ist, kann der Master-Überwachungsprozessor zur Überwachung globaler Daten des Mehrprozessor-Computersystems eingerichtet sein. Hierbei kann der Master-Überwachungsprozessor insbesondere die Versorgungsspannung und die Leistungsaufnahme des Mikroprozessor-Computersystems erfassen.In principle, it is also possible for the master monitoring processor to perform the function of monitoring one or more working processors. According to an advantageous development of the invention, the master monitoring processor is not assigned to a working processor for its monitoring. As a result, the computing time load of the master monitoring processor is kept low. The master monitoring processor can thus focus on its primary task, collecting data from the slave monitoring processors, preprocessing the data, and communicating data over the communications interface. As far as computing power is available, the master monitoring processor may be configured to monitor global data of the multiprocessor computer system. In this case, the master monitoring processor can detect in particular the supply voltage and the power consumption of the microprocessor computer system.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Master-Überwachungsprozessor mit einer an dem Mehrprozessor-Computersystem angeordneten Benutzerschnittstelle verbunden, wobei die Benutzerschnittstelle wenigstens eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Auswahlkommandos und eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe gesammelter Daten aufweist. Der Master-Überwachungsprozessor ist dazu eingerichtet, auf der Ausgabeeinheit von den Slave-Überwachungsprozessoren gesammelte Betriebsdaten der Arbeitsprozessoren auszugeben, die über die Eingabeeinheit ausgewählt sind. Dies erlaubt es einem Bediener, z. B. direkt an einem Bedienfeld des Mehrprozessor-Computersystems, z. B. an der Frontplatte, gewünschte Betriebsdaten des Mehrprozessor-Computersystems abzurufen und zu prüfen.According to an advantageous embodiment of the invention, the master monitoring processor is connected to a user interface arranged on the multiprocessor computer system, wherein the user interface has at least one input unit for input of selection commands and an output unit for output of collected data. The master monitoring processor is configured to output, on the output unit, operational data of the work processors collected by the slave monitoring processors, which are selected via the input unit. This allows an operator, e.g. B. directly to a control panel of the multiprocessor computer system, for. B. on the front panel, retrieve desired operating data of the multiprocessor computer system and check.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Master-Überwachungsprozessor einen Webserver auf. Dies hat den Vorteil, dass externe Geräte durch Kommunikation mit dem Master-Überwachungsprozessor, z. B. über das Internet, die gesammelten Betriebsdaten, auch von einem entfernten Ort abrufen können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Betriebsdaten mit gängigen, weit verbreiteten Softwaremitteln, wie z. B. einem Browser, abgerufen werden können.According to an advantageous development of the invention, the master monitoring processor has a web server. This has the advantage that external devices can be replaced by communication with the master monitoring processor, e.g. B. over the Internet, the collected operating data, even from one remote location. Another advantage is that the operating data with common, widely used software such. B. a browser can be retrieved.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist jeder Arbeitsprozessor bzw. jeder Prozessorplatine eine eigene zu einer Anschlussleiste des Computersystems geführte Datenschnittstelle zum Datenaustausch mit Einrichtungen außerhalb des Computersystems auf. Die Datenschnittstelle ist insbesondere separat von dem internen Datenbus, der die Überwachungsprozessoren verbindet, ausgeführt. Auf diese Weise sind die Datenschnittstellen der Arbeitsprozessoren bzw. der Prozessorplatinen nicht mit dem Datenaustausch belastet, der für die Überwachung der Arbeitsprozessoren erforderlich ist.According to an advantageous development of the invention, each working processor or each processor board has its own data interface, which is routed to a terminal block of the computer system, for exchanging data with devices outside the computer system. In particular, the data interface is separate from the internal data bus connecting the monitoring processors. In this way, the data interfaces of the work processors or processor boards are not burdened with the data exchange required to monitor the work processors.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.
Es zeigen:Show it:
In den Figuren werden gleiche Bezugzeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.
Gemäß
An der Basisplatine
Die
Jede Prozessorplatine
Erkennbar sind zudem die Trägerplatinen
Zudem ist ein Statusdatenausgang der jeweiligen Prozessorplatine
Die jeweils einzelnen Leitungen
Die Slave-Überwachungsprozessoren
Der Master-Überwachungsprozessor
Mit dem beschriebenen Überwachungssystem kann eine dezentrale Erfassung aller wichtigen Kenngrößen der Arbeitsprozessoren erfolgen. Insbesondere kann eine Erfassung der Energieeffizienz durchgeführt werden. Wie erkennbar ist, ist das Überwachungssystem in die Gesamtarchitektur des Mehrprozessor-Computersystems eingebettet. Vorteilhaft kann der Master-Überwachungsprozessor die von den Slave-Überwachungsprozessoren erfassten Daten über dem Datenbus
Durch die Sensorik
- –
Betriebszustand der Prozessorplatine 10 . Insbesondere bei Verwendung eines Com-Express-Boards als Prozessorplatine kann erfasst werden, ob ein Power-On/Off-Zustand vorliegt, ein Reset, die Suspend-Modi 3 bis 5 , sowie diverse Signale zum Aufwecken, Herunterfahren und Alarmieren des Rechnerknotens. - – Temperatur der Prozessorplatine
10 über einen lokalen auf der Prozessorplatine10 angeordneten Temperatursensor.Stromaufnahme der Prozessorplatine 10 und damit auch im Ergebnis die Leistungsaufnahme. - – Lüfterdrehzahl von Lüftern auf
den einzelnen Prozessorplatinen 10 . - – Status der Netzwerkschnittstelle der einzelnen Prozessorplatinen
10 , wie z. B. Linkstatus, Geschwindigkeit und Aktivität. - – Prozessorauslastung, Spannungen auf der
Prozessorplatine 10 .
- - Operating state of the
processor board 10 , In particular, when using a Com-Express board as a processor board can be detected whether a power-on / off state is present, a reset, the Suspendmodes 3 to5 , as well as various signals for waking up, shutting down and alarming the computer node. - - Temperature of the
processor board 10 via a local on theprocessor board 10 arranged temperature sensor. Power consumption of theprocessor board 10 and consequently also the power consumption. - - Fan speed of fans on the
individual processor boards 10 , - - Status of the network interface of the
individual processor boards 10 , such as Link status, speed and activity. - - Processor utilization, voltages on the
processor board 10 ,
Die Benutzerschnittstelle
Ein LCD-Display informiert direkt am System über alle wichtigen Parameter und bietet einem lokalen Anwender die Möglichkeit zur Überwachung und Steuerung des Systems und seiner Einzelkomponenten bis in kleinste Detail.The
An LCD display informs directly on the system about all important parameters and offers a local user the opportunity to monitor and control the system and its individual components down to the smallest detail.
Die an den Slave-Überwachungsprozessor
Die
Das Mehrprozessor-Computersystem
An der Frontplatte
Die
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