JP2014041618A - トランザクション属性を修正するためのメモリ領域オーダリング要求に関するコンプリータ知識の使用 - Google Patents

トランザクション属性を修正するためのメモリ領域オーダリング要求に関するコンプリータ知識の使用 Download PDF

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Abstract

【課題】
読み取りのパフォーマンスを改善するためのシステム、方法、および装置を提供する。
【解決手段】
リード完了内にオーダリング属性を設定することによって、リード完了のオーダリングを緩和する方法およびシステムが提供される。緩和されたオーダリングによって、リード完了が待機中の書き込みを迂回することが可能になる。
【選択図】図3

Description

本発明の実施例は、一般にトランザクションのオーダリングに関し、特に、ストリクト・オーダリングの修正を許可するシステムおよび方法に関する。
ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト(Peripheral Component Interconnect)(PCI)は、インダストリー・スタンダード・アーキテクチャ(Industry Standard Architecture)(ISA)バスの代替として1992年に開発された、第2世代のパラレル・バス・アーキテクチャである。PCIにおいて、全ての装置は、同一の双方向32ビット(または64ビット)パラレル信号パスを共有する。PCIバスは、ISAバスと比べて、プロセッサの独立、バッファによる分離、バスマスタ、および真のプラグ・アンド・プレイ動作を含む多くの利点をもたらした。PCI Express(PCIe)は、PCIバスの代替として設計された第3世代の汎用シリアル出力/入力(I/O)インターコネクトである。PCIeは、バスというよりも、むしろレーンと呼ばれる2点間シリアル・リンクの周囲に構築される。
PCI Expressの2点間シリアル・リンク・アーキテクチャは、分散型マルチプロセッサ構造モデルを経由する分散処理に好適である。分散型プロセッサは、一般に、データ・パケット処理機能を実行するために最適化される。パフォーマンスを改善するために、キャッシングに極度に依存する汎用CPUとは異なり、分散型プロセッサは、パケット処理におけるローカリティが無く、さらに、パケットを高速のデータ速度で処理しつつ処理遅延を低減するための革新的構造を設計者に創作させる後押しをしてきた、高性能I/Oのために必要である。
現在、PCIeおよび類似のインターコネクト内のトランザクション・オーダリング属性は、リクエスタによって設定されなければならない。ホストCPUは一般的な資源であるので、それらは、典型的には、実行しているアクティビティの特定の要求に従ってオーダリング属性を設定するための能力を有さず、最低の共通レベルまで落とさなければならず、それによってパフォーマンスが低くなる。CPUからIOへの読み取り(リード:read)は、CPUコアが結果を待つために機能停止(ストール)する可能性があるので、多くの場合、パフォーマンスが最も重視されるシステム・トランザクションである。したがって、このような読み取りのパフォーマンスの改善は、CPU資源を解放することによって他のより有用な作業のためにシステム全体のパフォーマンスを改善することに直結する。
米国特許出願公開第2007/0130372号明細書
本発明は、以下の記述および本発明の実施例を示すために使用される添付図面を参照することにより、最もよく理解されるであろう。
リラックス・オーダリング属性を示すPCIe要求ヘッダの概要図である。 リラックス・オーダリング属性を示すPCIe完了ヘッダの概要図である。 本発明の一実施例の概要図である。 本発明の他の実施例の概要図である。
本明細書および特許請求の範囲において使用されるように、英文において単数を示す「a」、「an」および「the」は、文脈において明らかに示されない限り、複数も含む。「ルート・コンプレックス」(root complex)(「RC」)は、中央処理装置(「CPU」または「プロセッサ」)およびメモリをPCI Expressのスイッチ構造に結合するためのPCI Express装置である。ルート・コンプレックスは、プロセッサに代わってトランザクション要求を生成する。「リクエスタ」(requester)は、要求を出すあらゆる装置である。「コンプリータ」(completer)は、要求を処理するあらゆるエンティティ(実体)である。「中間装置」(intermediate)は、リクエスタとコンプリータとの間にある、スイッチのようなあらゆる装置である。典型的には、中間装置は単に要求を転送させるだけである。本明細書および特許請求の範囲において使用されるように、「上流」(upstream)とは、ルート・コンプレックスに向かう流れを示す。「下流」(downstream)とは、ルート・コンプレックスから遠ざかる流れを示す。「領域」(region)は、アドレスまたはアドレスの範囲によって定義されたメモリの一部である。例えば、ある領域はその装置に対する命令を格納するために使用され、他の領域はその装置によって生成されまたは使用されるデータのために用いるというように、装置は異なる動きを要求することもできる。
本発明の実施例は、装置がトランザクション特定要求(transaction-specific request)を認識することに基づいて、IO装置に完了(complete)のオーダリング属性を修正させることによって、CPUからIO装置への読み取りのために、不必要に厳格なオーダリングのために失われたパフォーマンスのいくらかをどのように回復することができるかについて説明する。ストリクト・オーダリング(strict ordering)における課題の一例として、最初は完了までに2μsを要した読み取りが1μsに改善された場合、この1μsの差を、有用な仕事をするためにコアへ「返還」できると考えると、それは、コアが何千もの命令を実行するのに十分な時間となる。現行システムでは、しばしば、CPUからIO装置への読み取りに0.6μsから数μsの遅延を生じる。大規模システムでは、従来のオーダリングはCPUからIO装置への読み取りにおいて4μsの遅延が生じる。この遅延の多くは、完了に書き込み(ライト:write)の迂回を禁じている従来のオーダリング要求によって引き起こされる。IO装置からメイン・メモリへ書き込むトラフィックは多量である場合が多いので、CPUへのリード完了は、単にこれらの多量の書き込みによって引き起こされたキューイング遅延によってしばしば遅延する。
PCIeおよび類似のインターコネクトは、最適化されたハンドリングを可能とするために、オーダリング属性をトランザクションに関連させる。例えば、PCI/PCIeにおいて、デフォルトのオーダリング・ルールは、PCIプロデューサ/コンシューマ・オーダリング・モデルの正確性要求として、リード完了が同一方向に流れる、以前に送出された全ての書き込みのために待機することを要求する。しかしながら、このモデルは、ほとんどの場合、過度に保守的である。例えば、IO装置の状態を記述するデータ構造を読み取る前に、IO装置の書き込みをメイン・メモリにフラッシングすることが通常必要である。装置の書き込みをフラッシングすることは、CPUに装置から読み取らせることによりしばしば行われる。しかしながら、一旦フラッシングの読み取りが完了すると、典型的には、装置状態の追加の読み取りは、上流の書き込みに対してオーダされる必要はない。さらに、PCI/PCIeのデフォルト・オーダリング・ルールがこの行動を要求したとしても、無関係な装置からの上流の書き込みに対して、CPUの読み取りをオーダすることは通常必要ではない。
典型的には、要求されるオーダリング属性を示すために、ホストCPUがどのようにリード要求をマークすべきかを知る方法はない。しかしながら、IO装置は、一般に、どの領域が従来のオーダリングを要求するか、および、どの領域が従来のオーダリングを要求しないかを認識している。オーダリング要求は、ある装置と他の装置、装置内のあるレジスタと同一装置内の他のレジスタ、および、レジスタがどのようにアクセスされるかに基づいて1つのレジスタに対してさえ、非常に多様である。オーダリング要求に関する知識は、理論上、ホスト上で実行されているデバイス・ドライバのソフトウェアによって通信することが可能であるが、最近のアーキテクチャCPUは、これを行なうためのメカニズムを提供していない。しかしながら、一般に、IO装置自体は、オーダリング要求に関する知識を有している。しかしながら、IO装置は、CPUを装置の要求にタグ付けすることができない−このトランザクションの一部は、いくつかの他のメカニズムが示すために使用されない限り、最も保守的なオーダリング要求が該当するものと仮定して処理されなければならない。
多くの場合、完了で配置されたオーダリング要求は、著しい機能停止(ストール)を引き起こす。しかしながら、本発明のシステムおよび方法によって、オーダリング要求は、適切な箇所で、オーダリング要求を緩和するためにIO装置によってタグを付すことができる。オーダリング要求は、実行中のアーキテクチャに依存する。本発明の1つの実施例では、そのアーキテクチャはPCIeである。PCIe装置は、既に、リラックス・オーダリング(RO:Relaxed Ordering)と呼ばれるオーダリング属性へのアクセスを有する。
図1は、PCIe要求ヘッダ内のROビットの位置を示す。典型的には、CPUがどの要求によってROビットを設定することができるかを知るための情報を提供するメカニズムが無い限り、ROビットは要求内で0に設定される。既存のPCIeルールに従って、ROビット(および関連するオーダリング・インプリケーション)は、コンプリータによって、要求から完了へ単純にコピーされる。図2は、PCIe完了ヘッダ内の対応するリラックス・オーダリング(RO)ビットを示す。
今日のPCI−x/PCIeにおいて、ROビットは、それが対応する要求内で設定された場合にのみ、完了ヘッダ内に設定される。どの要求がROであるとマークすることができるか、またはどれができないかを装置が「知っている」と仮定されるので、このポリシーは、メイン・メモリへの装置リードのために意味をなす。本発明の実施例は、装置からのCPUリードが、装置によって戻された完了のためにROとマークすることができることを認識する。これによって、完了は、メモリへの無関係な装置ライトを迂回することができる。
図3は、リラックス・オーダリング属性(この場合、PCI/PCIe完了のROビット)が、IO装置によってどのように設定されるのかという一例を示す。この例において、システム100は、3つのPCI/PCIeエンドポイント1,2,3を含む。しかしながら、システム100は、任意の数のPCI/PCIeエンドポイントを有することができる。最初の2つのPCI/PCIeエンドポイント1,2は、PCIeインターコネクト122を経由してスイッチ108に接続される。スイッチ108は、他のPCIeインターコネクト122を経由してルート・コンプレックス110に接続される。第3のPCI/PCIeエンドポイント3は、PCIeインターコネクト122を経由してルート・コンプレックス110に直接接続される。ルート・コンプレックス110は、出力/入力コントローラ・ハブ・コントローラ(ICH)112、メモリ・コントローラ・ハブ(MCH)114、メイン・メモリ116、およびCPU118を含む。入力/出力コントローラ・ハブ・コントローラ(ICH)112は、デスクトップ・マネジメント・インターフェイス(DMI)120を経由してメモリ・コントローラ・ハブ(MCH)114に接続される。
本実施例では、エンドポイント2,3は、メイン・メモリ116にデータを書き込んでいる。これらの書き込みは、エンドポイント1のアクティビティとは無関係である。CPUコア118は、エンドポイント1から読み取りを行っている。従来のPCIオーダリング・ルールは、それらの書き込みが、読み取りデータと関係するであろうという(過度に保守的な)仮定の下に、メモリへのその書き込みの迂回を完了することを禁止する。この行動は、PCIプロダクタ/コンシューマ・モデルによって要求される。典型的には、エンドポイント1は、CPUによって読み取られるデータが、メモリへの未処理の書き込みに関係しているかどうかを「知って」おり、そして、未処理の書き込みと関係がある場合は、リード完了に対してROを示さないであろう。しかしながら、ほとんどの場合は、エンドポイント1は、その読み取りはいずれの未処理の書き込みにも関係しないことを「知って」おり、そして、その場合は、エンドポイント1は、ROのための完了を差し支えなくマークすることができる。
図4は、アドレス指定装置がルート・コンプレックス110に集積されている、本発明の別の実施例を示す。システム200は、入力/出力コントローラ・ハブ・コントローラ(ICH)112に接続された、2つの集積されたエンドポイント124,126を含む。入力/出力コントローラ・ハブ・コントローラ(ICH)112は、デスクトップ・マネジメント・インターフェイス(DMI)120を経由してメモリ・コントローラ・ハブ(MCH)114に接続される。メモリ・コントローラ・ハブ(MCH)114は、CPU118およびメイン・メモリ116に接続される。本実施例は、単一のPCI/PCIeエンドポイント1を含む。しかしながら、システム200は、任意の数の集積されたアドレス指定装置124,126またはPCI/PCIeエンドポイント1を有することができる。
多くの場合、集積されたアドレス指定装置124,126は、非常によく定義された方法で使用され、そして、完了オーダリング・リラクゼーションがいつ受理可能であるかを決定するために使用されるメカニズムを単純化することができる。完了オーダリングの特定の処理は、PCIeのRO要求にならう必要はないことに注意すべきである。すなわち、本発明の他の実施例は、所望のコスト/利益に従って、より単純化またはより複雑化することができる。
図4は、完了オーダリング・リラクゼーション・スキームに関係するルート・コンプレックスの集積装置を具備するシステムを示す。図4に示されたシステムでは、以下のポリシーまたは他の類似のポリシーを実行することができる。
・集積装置からのCPUリードは、他の集積装置からメイン・メモリへの書き込みに対するオーダリング要求を有しないことを認識すること。
・集積装置からのCPUリードは、非集積装置からメイン・メモリへの書き込みに対するオーダリング要求を有しないことを認識すること。
・非集積装置からのCPUリードは、他の集積装置からメイン・メモリへの書き込みに対するオーダリング要求を有しないことを認識すること。
・非集積装置からのCPUリードは、他の非集積装置からメイン・メモリへの書き込みに対するオーダリング要求を有しないことを認識すること。
上記の例は、PCI/PCIeのRO属性によって示された。しかしながら、本発明はPCI/PCIeのROに制限されない。より一般的な場合には、オーダリング属性がROと異なってもよい。さらに、オーダリング属性の表現方法が変わってもよい。完了オーダリングがデフォルトの行動から安全に修正されることができるかどうかを決定するための知識をコンプリータが有することで十分である。加えて、上記の例は、上流の書き込みに対するオーダリングに関して示された。しかしながら、システムは対称的である。すなわち、オーダリング属性は、下流の書き込みに対しても同様に、緩和させるように変更することができる。
本発明の実施例は、コンピュータ・システムの広範な配列に望ましいパフォーマンスの向上を提供する。旧資産のハードウェアおよびソフトウェアに対するサポートに関連する要求は、オーダリング・リラクゼーションの実行を非常に困難にさせるので、PCコンパチブルのアーキテクチャ・システムは、特に制約される。しかしながら、上述のメカニズムは、PC環境内でよく動作する。
本発明がいくつかの実施例に関して記述されたが、当業者であれば、本発明は、記載された本発明の実施例に制限されていないことを理解し、また、本発明は、添付された請求項の精神および範囲内で修正および変更して実行することができることを認識するであろう。したがって、本記述は、制限するものではなく、例示であるとみなされる。
100,200 システム
108 スイッチ
110 ルート・コンプレックス
114 メモリ・コントローラ・ハブ(MCH)
116 メイン・メモリ
118 CPU
120 デスクトップ・マネジメント・インターフェイス(DMI)
122 PCIeインターコネクト
124,126 アドレス指定装置

Claims (28)

  1. ロジックを含む機器であって、前記ロジックは、
    特定のトランザクションのパケットを1またはそれ以上のポイント・ツー・ポイントのシリアル・リンクからなるインターコネクトを介して受信し、前記パケットは、リクエスタを認識するための要求パケットを含み、
    リラックス・オーダリングが前記特定のトランザクションに適用することを示すために、オーダリング属性が前記要求パケット中に設定されたかどうかを認識し、
    リラックス・オーダリングを前記特定のトランザクションの完了に適用する機会を決定する、
    ことを特徴とする機器。
  2. 前記ロジックは、リラックス・オーダリングが前記完了に適用されることを示すために、オーダリング属性を完了パケット内に設定することを特徴とする請求項1記載の機器。
  3. 前記インターコネクトは、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト・エクスプレス(Peripheral Component Interconnect Express: PCIe)のプロトコルをサポートするための物理層、および、1またはそれ以上の他のプロトコルを含む物理層の少なくとも1つからなることを特徴とする請求項1記載の機器。
  4. 前記ロジックは、前記オーダリング属性を設定するためにさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の機器。
  5. 前記特定のトランザクションは、システム内の複数のトランザクションの1つであり、前記オーダリング属性を設定するに先立って、前記複数のトランザクションは、第1オーダに従って完了され、前記特定のトランザクションは、前記第1オーダに従って前記複数のトランザクション中の第2トランザクション後に完了し、リラックス・オーダリングを前記特定のトランザクションに適用することによって、前記特定のトランザクションが前記第2トランザクション前に完了することを特徴とする請求項4記載の機器。
  6. 前記特定のトランザクションはリード・トランザクションを含み、また前記第2トランザクションはライト・トランザクションを含むことを特徴とする請求項5記載の機器。
  7. 前記特定のトランザクションは、第1装置のメモリのリードを含み、かつ異なるIO装置のメモリのライトを含むことを特徴とする請求項6記載の機器。
  8. 前記特定のトランザクションは第1の集積されたエンドポイントによって完了され、かつ前記第2トランザクションは第2の集積されたエンドポイントによって完了されることを特徴とする請求項5記載の機器。
  9. 前記オーダリング属性は、前記パケットのヘッダ中に含められるフィールドを含むことを特徴とする請求項1記載の機器。
  10. 前記オーダリング属性のフィールドは、少なくとも2ビットからなることを特徴とする請求項9記載の機器。
  11. 前記要求パケットは、前記リラックス・オーダリングが設定されていないことを示すことがあることを特徴とする請求項1記載の機器。
  12. 前記ロジックは、
    リラックス・オーダリングが前記特定のトランザクションの前記完了に適用することを示すために設定される前記オーダリング属性を備える完了パケットを生成し、
    前記完了パケットを前記インターコネクトを介して前記リクエスタへ送信する、
    ためにさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の機器。
  13. 前記完了パケットは、リラックス・オーダリングの属性フィールドを備えるヘッダを含めることができることを特徴とする請求項12記載の機器。
  14. 前記完了パケットのヘッダは、前記リクエスタを認識するルーティング識別子フィールドを含むことを特徴とする請求項13記載の機器。
  15. 前記ルーティング識別子フィールドの値は、前記要求パケットのヘッダ中に含められる値に一致することを特徴とする請求項14記載の機器。
  16. 前記完了パケットのヘッダは、前記装置に対応するコンプリータ識別子および完了ステータス識別子を含むことがあることを特徴とする請求項1記載の機器。
  17. 前記特定のトランザクションは、システム内の複数のトランザクションの1つであり、前記オーダリング属性を設定するための機会の決定は、前記特定のトランザクションの完了が前記複数のトランザクション中の他のトランザクションの完了と衝突しないであろうことの決定を含むことを特徴とする請求項1記載の機器。
  18. IOロジックからなる機器であって、
    パケットのヘッダを含めるためにトランザクション層の完了パケットを組み立て、かつ
    前記完了パケットをインターコネクトを介して装置に送る、
    ためのIOロジックを含み、
    前記パケットのヘッダは、リラックス・オーダリングのフィールド、コンプリータ識別子フィールド、および、完了ステータスのフィールドを含むことがあり、かつ
    前記完了パケットは、前記装置に関連付けられたリクエストに対応する、
    ことを特徴とする機器。
  19. 前記インターコネクトは、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト・エクスプレス(Peripheral Component Interconnect Express: PCIe)のプロトコル層、および、1またはそれ以上の他のプロトコルを含む物理層をサポートするための少なくとも1つの物理層からなることを特徴とする請求項18記載の機器。
  20. 第1のルート・コンプレックスの集積化されたエンドポイント(Root Complex Integrated Endpoint: RCIE)は、
    特定のトランザクションのパケットをインターコネクトを介して受信し、前記パケットはリクエスタの要求パケットを含み、かつ前記要求はIOリード要求を含み、
    リラックス・オーダリングが前記要求の完了に適用するかどうかを前記要求パケットのトランザクション層のパケット・ヘッダのオーダリング属性フィールドから認識し、
    前記特定のトランザクションのための完了パケットを生成し、前記完了パケットは、リラックス・オーダリングが前記完了、コンプリータ識別子、完了ステータス識別子、および、ルーティング識別子に適用することを示すために設定されるオーダリング属性のフィールドを含む完了ヘッダを含み、
    前記特定のトランザクションは複数のトランザクションに含められ、リラックス・オーダリングを前記特定のトランザクションの完了に適用することにより、前記特定のトランザクションの完了が前記複数のトランザクション中に含められる少なくとも1つのメモリ・リード・トランザクションに先立って完了される、
    ことを特徴とする機器。
  21. 特定のトランザクションの要求パケットをインターコネクトを介して受信する段階であって、前記特定のトランザクションは、要求、および、完了を含むことがあり、前記パケットは、リクエスタからの前記要求に対応する、段階と、
    前記要求パケット中のオーダリング属性は、リラックス・オーダリングが前記特定のトランザクションに適用しないことを示していることを、前記要求パケットから認識する段階と、
    リラックス・オーダリングを前記特定のトランザクションに適用するために、前記オーダリング属性を設定するための機会を決定する段階と、
    リラックス・オーダリングが前記機会に少なくとも部分的に基づいて前記特定のトランザクションに適用することを示すために設定された前記オーダリング属性を備える完了パケットを生成する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  22. 前記特定のトランザクションは、システム中の複数のトランザクションの1つであり、前記オーダリング属性を設定するための機会を決定する段階は、前記特定のトランザクションの完了が前記複数のトランザクション中の他のトランザクションの完了と衝突しないであろうことを決定する段階を含むことを特徴とする請求項21記載の方法。
  23. 前記完了パケットを生成する段階は、リラックス・オーダリングが前記特定のトランザクションに適用することを示すために設定されたオーダリング属性のフィールドを含むパケット・ヘッダを組み立てる段階を含むことを特徴とする請求項21記載の方法。
  24. 第1装置と、
    少なくとも1つのプロセッサによって実行されるIOモジュールを含む第2装置と、を含むシステムであって、
    前記第1装置からの要求に対応する要求パケットをインターコネクトを介して受信し、
    リラックス・オーダリングが前記要求の完了に適用することを示すために、前記要求パケット中に設定されていたかどうかを、前記要求パケットから認識し、
    前記完了に対応する完了パケットを生成し、前記完了パケットは、リラックス・オーダリングが前記完了に適用することを示すために設定されたオーダリング属性を含み、
    前記完了パケットを前記インターコネクトを介して前記第1装置に送信する、
    ことを特徴とするシステム。
  25. 前記第1装置は第1エンドポイント装置からなり、かつ前記第2装置は第2エンドポイント装置からなることを特徴とする請求項24記載のシステム。
  26. ルート・コンプレックスをさらに含むことを特徴とする請求項24記載のシステム。
  27. 特定のトランザクションのパケットを1またはそれ以上のポイント・ツー・ポイントのシリアル・リンクからなるインターコネクトを介して受信する手段であって、前記パケットは、リクエスタを認識するための要求パケットを含む、手段と、
    リラックス・オーダリングが前記特定のトランザクションに適用することを示すために、オーダリング属性が前記要求パケット中に設定されたかどうかを認識する手段と、
    リラックス・オーダリングを前記特定のトランザクションの完了に適用する機会を決定する手段と、
    からなること特徴とする機器。
  28. パケット・ヘッダを含めるためにトランザクション層の完了パケットを組み立てるための手段であって、前記パケット・ヘッダは、リラックス・オーダリングのフィールド、コンプリータ識別子フィールド、および、完了ステータス・フィールドを含むことがある、手段と、
    前記完了パケットをインターコネクトを介して装置に送信するための手段であって、前記完了パケットは、前記装置に関連する要求に対応する、手段と、
    からなること特徴とする機器。
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