JP4725130B2 - Distributed shared memory device and memory access method - Google Patents
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本発明は、一つ以上のプロセッサと主記憶装置を有するノードを複数そなえたシステムにおける分散共有メモリ装置およびメモリアクセス方法に関する。 The present invention relates to a distributed shared memory device and a memory access method in a system having a plurality of nodes each having one or more processors and a main storage device.
従来、一つ以上のプロセッサと主記憶装置を有するノードを複数そなえたシステムが提案されている。 Conventionally, a system having a plurality of nodes each having one or more processors and a main storage device has been proposed.
このようなシステムにおいては、各ノードの主記憶をスタックして装置の主記憶空間を形成するか、各ノードの主記憶装置間でインタリーブを行ない主記憶空間を形成している。 In such a system, the main memory of each node is stacked to form the main memory space of the device, or the main memory space of each node is interleaved to form the main memory space.
これら2つのメモリアクセス方式はどちらか一方が優れているというわけではなく、システム上で実行される処理に応じて、メモリアクセス方式を選択しなければならなかった。 Either one of these two memory access methods is not superior, and the memory access method has to be selected according to the processing executed on the system.
ここで、一以上のプロセッサと主記憶装置を有する複数個のノードでシステムを構成する分散共有メモリ装置に、ノード間インタリーブ制御部を備え、各ノードの主記憶装置間でインタリーブを行う分散共有メモリ装置とし、この分散共有メモリ装置において、同じ主記憶容量をもつ2のべき乗個のノードをグループ化し、これらのグループのアドレスレンジをスタックして主記憶空間を形成し、また、ノード間インタリーブ制御部に所定のレジスタを設け、ノード間のインタリーブの単位を、複数の候補から選択可能とすることで、一以上のプロセッサと主記憶装置を有する複数個のノードで構成されたシステムにおいて、複数ノードのプロセッサが同一のアドレスレンジに対してアクセスを行なう場合でも、複数のノードの主記憶にアクセスを分散することを可能とする技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述した従来例においては次のような問題点があった。 However, the conventional example described above has the following problems.
ある処理に対してどちらの方式が適しているかを判断するにはソフトウェアとハードウェアの専門的な知識を必要とし、さらに場合によってはソフトウェアの詳細情報が開示されていない場合もあるため、ユーザがこの判断を行なうことは非常に困難であった。 Determining which method is appropriate for a given process requires specialized knowledge of software and hardware, and in some cases, detailed information about the software may not be disclosed. It was very difficult to make this judgment.
また、メモリアクセス方式が固定されているため、ユーザがメモリアクセス方式に合わせてソフトウェアの開発を行なわなければならなかった。 Further, since the memory access method is fixed, the user has to develop software in accordance with the memory access method.
さらに、メモリアクセス方式を変更できても、どの方式が適しているのか判断することが困難であった。 Furthermore, even if the memory access method can be changed, it is difficult to determine which method is suitable.
そこで、本発明は、ユーザ側で意識することなく、自動的に最適なメモリアクセス方式を選択できる分散共有メモリ装置およびメモリアクセス方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a distributed shared memory device and a memory access method that can automatically select an optimal memory access method without being conscious of the user side.
請求項1記載の発明は、分散共有メモリ装置において、メモリアクセスに要した時間を計測することで、メモリアクセスレイテンシを算出する手段と、メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることでローカルメモリレイテンシとリモートメモリレイテンシを別々に算出する手段と、インタリーブ構成時のレイテンシを予測する手段と、を備えるレイテンシ測定部と、システム制御装置を経由するメモリアクセス要求の回数を計測・記録する手段と、メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることで、ローカルメモリアクセス頻度とリモートメモリアクセス頻度を別々に算出する手段と、を備えるアクセス頻度測定部と、各ノードの主記憶のアドレスレンジをスタックして主記憶空間を形成する構成であるスタック構成と、各ノードの主記憶装置間でインタリーブを行ない主記憶空間を形成する構成であるノード間インタリーブ構成を切り替える手段と、レイテンシ測定部とアクセス頻度測定部のデータをもとに、スタック構成時の平均レイテンシとインタリーブ構成時の予測平均レイテンシを算出する手段と、を備えるシステム制御装置と、を有することを特徴とする分散共有メモリ装置である。 According to the first aspect of the present invention, in the distributed shared memory device, the memory access latency is calculated by measuring the time required for memory access, and the memory access occurrence source and destination are checked to determine the local memory latency. A latency measuring unit comprising: a means for separately calculating a remote memory latency and a means for predicting a latency at the time of interleaving; a means for measuring and recording the number of memory access requests via the system controller; and a memory An access frequency measurement unit comprising means for separately calculating a local memory access frequency and a remote memory access frequency by checking an access source and a destination, and a main memory address range of each node is stacked and stacked. a stack configuration is a configuration that forms a storage space, each node And means for switching a is inter-node interleaving arrangement configured to form the main storage space performs interleaving between de main storage, based on the data latency measurement unit and the access frequency measurement unit, the average latency time of the stack structure A distributed shared memory device comprising: a system control device comprising: means for calculating a predicted average latency in an interleave configuration.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の分散共有メモリ装置において、スタック構成時の平均レイテンシとインタリーブ構成時の予測平均レイテンシを比較することで、システム上で実行されている処理に適したメモリアクセス方式を判断する手段をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項2記載の分散共有メモリ装置において、メモリアクセス方式を判断する手段の判断に基づきメモリアクセス方式を自動的に変更する手段をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項4記載の発明は、分散共有メモリ装置におけるメモリアクセス方法であって、レイテンシ測定部が、メモリアクセスに要した時間を計測することで、メモリアクセスレイテンシを算出するステップと、メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることでローカルメモリレイテンシとリモートメモリレイテンシを別々に算出するステップと、インタリーブ構成時のレイテンシを予測するステップと、を有し、アクセス頻度測定部が、システム制御装置を経由するメモリアクセス要求の回数を計測・記録するステップと、メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることで、ローカルメモリアクセス頻度とリモートメモリアクセス頻度を別々に算出するステップと、を有し、システム制御装置が、各ノードの主記憶のアドレスレンジをスタックして主記憶空間を形成する構成であるスタック構成と各ノードの主記憶装置間でインタリーブを行ない主記憶空間を形成する構成であるノード間インタリーブ構成を切り替えるステップと、レイテンシ測定部とアクセス頻度測定部のデータをもとに、スタック構成時の平均レイテンシとインタリーブ構成時の予測平均レイテンシを算出するステップと、を有することを特徴とするメモリアクセス方法である。 The invention according to claim 4 is a memory access method in a distributed shared memory device, wherein the latency measuring unit measures the time required for the memory access to calculate the memory access latency, and the occurrence of the memory access A step of separately calculating the local memory latency and the remote memory latency by checking the source and destination, and a step of predicting the latency at the time of interleaving, and the access frequency measurement unit passes through the system controller A system control device comprising: a step of measuring and recording the number of memory access requests; and a step of separately calculating a local memory access frequency and a remote memory access frequency by checking a memory access generation source and a destination but, address Ren of the main memory of each node A step of switching the inter-node interleaving arrangement is configured to form a main memory space subjected to interleaving between main storage of the stack configuration and each node is configured to form a main memory space stacked, latency measurement unit and the access A memory access method comprising: calculating an average latency in a stack configuration and a predicted average latency in an interleave configuration based on data of a frequency measurement unit.
請求項5記載の発明は、請求項4記載のメモリアクセス方法において、スタック構成時の平均レイテンシとインタリーブ構成時の予測平均レイテンシを比較することで、システム上で実行されている処理に適したメモリアクセス方式を判断するステップをさらに有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the memory access method according to the fourth aspect, the memory suitable for processing executed on the system is compared by comparing the average latency in the stack configuration and the predicted average latency in the interleave configuration. The method further includes a step of determining an access method.
請求項6記載の発明は、請求項5記載のメモリアクセス方法において、メモリアクセス方式を判断するステップの判断に基づきメモリアクセス方式を自動的に変更するステップをさらに有することを特徴とする。
The invention described in
本発明の分散共有メモリ装置およびメモリアクセス方法によれば、ユーザ側で意識することなく、自動的に最適なメモリアクセス方式を選択できる。 According to the distributed shared memory device and the memory access method of the present invention, the optimum memory access method can be automatically selected without being conscious of the user side.
次に、本発明の一実施の形態について図を参照して詳細に説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1を参照すると、本実施の形態における分散共有メモリ装置が示されている。 Referring to FIG. 1, a distributed shared memory device according to the present embodiment is shown.
図1において、この分散共有メモリ装置は8つのノード101〜108で構成されている。 In FIG. 1, this distributed shared memory device is composed of eight nodes 101-108.
ノード内部の構成を、ノード101を用いて以下に説明する。
The internal configuration of the node will be described below using the
システム制御装置116が、システムバス109と接続されることで、他のノードとの通信を行なっている。
The
ノード内には1つ、または、複数のプロセッサが搭載されており、この構成例では4つのプロセッサ111〜114が搭載されている。 One or a plurality of processors are mounted in the node. In this configuration example, four processors 111 to 114 are mounted.
これらのプロセッサはプロセッサバス115を経由して、システム制御装置116に接続されている。ノードには主記憶装置117が搭載されており、システム制御装置116に接続されている。
These processors are connected to the
システム制御装置116には、メモリアクセス方式にインタリーブ方式を用いる場合に使用されるノード間インタリーブ制御部121、メモリアクセス要求を発行してからデータを受け取るまでにかかった時間を記録するレイテンシ測定部122および自ノードの主記憶装置117へのアクセス回数と他ノードの主記憶装置へのアクセス回数を記録するアクセス頻度測定部123が搭載されている。
The
次に図1のシステム制御装置116の動作を図2に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, the operation of the
図1において、システム制御装置116には、ノード間インタリーブ制御部121が存在するが、初期設定ではこの制御部の設定はオフであり、主記憶空間はスタック構成になっているとする。
In FIG. 1, the inter-node interleave control unit 121 is present in the
まず、プロセッサ111〜114からメモリアクセス要求が発生すると(ステップS1)、この要求はプロセッサバス115を経由してシステム制御装置116に到達する。
First, when a memory access request is generated from the processors 111 to 114 (step S1), the request reaches the
ここでシステム制御装置116は、メモリアクセス要求の行き先が自ノード(以下、「ローカル」という。)の主記憶装置117であるか、他ノード(以下、「リモート」という。)の主記憶装置であるかを判断する(ステップS2)。
Here, the
行き先がローカルの主記憶装置117であった場合、ローカルの主記憶装置116にデータを要求する(ステップS3)。
If the destination is the local
また、このデータ要求を行なうと同時にレイテンシ測定部122のローカル用カウンタをスタートさせる(ステップS4)。
At the same time as the data request is made, the local counter of the
その後、データ要求への返答としてローカルの主記憶装置117のデータがシステム制御装置116に到着すると(ステップS5)、先にスタートさせたレイテンシ測定部122のローカル用カウンタをストップさせる(ステップS6)。
Thereafter, when the data in the local
これにより、今回のメモリアクセスに要した時間(レイテンシ)分だけカウンタが進んだことになる。また、メモリアクセス回数を記録するために、アクセス頻度測定部123のローカル用カウンタを1インクリメントする(ステップS7)。
As a result, the counter has advanced by the time (latency) required for the current memory access. Further, the local counter of the access
メモリアクセス要求の行き先がリモートの場合も同様な手順を踏む(ステップS3a〜S7a)。 The same procedure is followed when the destination of the memory access request is remote (steps S3a to S7a).
上記の手順を繰り返し、システム上で実行されている処理の特性を判断するのに十分な時間が経過したとみなせたところで(ステップS8)、レイテンシの算出と比較を行なう。ローカルレイテンシは、レイテンシ測定部122のローカル用カウンタの数値をアクセス頻度測定部123のローカル用カウンタの数値で割ることで算出することができる(ステップS9)。
The above procedure is repeated, and when it is considered that a sufficient time has passed to judge the characteristics of the processing being executed on the system (step S8), the latency is calculated and compared. The local latency can be calculated by dividing the numerical value of the local counter of the
同様にしてリモートレイテンシの算出も行なう(ステップS10)。 Similarly, the remote latency is calculated (step S10).
さらに、全ノードのレイテンシ測定部のローカル用とリモート用のカウンタ数値の全合計を、全ノードのアクセス頻度測定部のローカル用とリモート用のカウンタ数値の全合計で割ることで、平均のレイテンシを求めることができる(ステップS11)。 Furthermore, the average latency is calculated by dividing the total of the local and remote counter values of the latency measurement unit of all nodes by the total of the local and remote counter values of the access frequency measurement unit of all nodes. It can be obtained (step S11).
このようにしてレイテンシを求めるが、システム上で実行されている処理の特性によっては、主記憶空間をスタックで構成した場合、特定のノードにメモリアクセスが集中することがある。この場合、特定の回路にアクセスが集中し処理が滞ることで、メモリアクセスのレイテンシが増大し処理性能が悪化する。一方、主記憶空間をインタリーブで構成した場合は、全ノードにメモリアクセスを分散させるため、スタック構成時のようなアクセス集中は発生せず、システムで実行されている処理の特性によらずレイテンシは一定となり、その数値を予め予測しておくことができる。このようにして予め予測したインタリーブ構成時レイテンシと、上述の算出したスタック構成時平均レイテンシを比較し(ステップS12)、優劣を判断する(ステップS13)。 Although latency is obtained in this way, depending on the characteristics of the processing executed on the system, memory access may be concentrated on a specific node when the main storage space is configured as a stack. In this case, access concentrates on a specific circuit and processing is delayed, so that memory access latency increases and processing performance deteriorates. On the other hand, when the main storage space is configured in an interleaved manner, memory access is distributed to all nodes, so there is no concentration of access as in the stack configuration, and the latency is independent of the characteristics of the processing being executed in the system. It becomes constant, and the numerical value can be predicted in advance. The interleave configuration latency thus predicted in advance is compared with the above-described calculated stack configuration average latency (step S12), and superiority or inferiority is determined (step S13).
その結果、インタリーブ構成のほうがレイテンシを短縮でき処理性能が改善すると推定できる場合、各ノードにあるノード間インタリーブ制御部を用いてインタリーブ構成に変更する(ステップS14)。 As a result, when it can be estimated that the interleaved configuration can reduce the latency and improve the processing performance, the interleaved configuration is changed to the interleaved configuration using the inter-node interleave control unit in each node (step S14).
上記の実施の形態によれば、システム側で適したメモリアクセス方式を判断するので、ソフトウェア側で分散共有メモリ方式向けに最適化する必要がない。 According to the above embodiment, since a suitable memory access method is determined on the system side, it is not necessary to optimize for the distributed shared memory method on the software side.
また、レイテンシにより定量的に比較しているので、メモリアクセス方式の適正判断の精度が高い。 In addition, since the comparison is made quantitatively based on the latency, the accuracy of determining the appropriateness of the memory access method is high.
また、各種のレイテンシデータを採取しているので、ソフトウェアを分散共有メモリ方式向けに最適化する際に役立てることができる。 In addition, since various types of latency data are collected, it can be used to optimize the software for the distributed shared memory system.
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。例えば、上記の実施の形態におけるシステム制御装置116の機能を実現するためのプログラムを各部等に読込ませて実行することにより本システムの機能を実現する処理を行なってもよい。さらに、そのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であるCD−ROMまたは光磁気ディスク等を介して、または伝送媒体であるインターネット、電話回線等を介して伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。
Each of the above-described embodiments is a preferred embodiment of the present invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, processing for realizing the functions of the present system may be performed by causing each unit or the like to read and execute a program for realizing the functions of the
101〜108 ノード
116 システム制御装置
109 システムバス
111〜114 プロセッサ
115 プロセッサバス
116 システム制御装置
117 主記憶装置
121 ノード間インタリーブ制御部
122 レイテンシ測定部
123 アクセス頻度測定部
101-108
Claims (6)
メモリアクセスに要した時間を計測することで、メモリアクセスレイテンシを算出する手段と、
メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることでローカルメモリレイテンシとリモートメモリレイテンシを別々に算出する手段と、
インタリーブ構成時のレイテンシを予測する手段と、を備えるレイテンシ測定部と、
システム制御装置を経由するメモリアクセス要求の回数を計測・記録する手段と、
メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることで、ローカルメモリアクセス頻度とリモートメモリアクセス頻度を別々に算出する手段と、を備えるアクセス頻度測定部と、
各ノードの主記憶のアドレスレンジをスタックして主記憶空間を形成する構成であるスタック構成と、各ノードの主記憶装置間でインタリーブを行ない主記憶空間を形成する構成であるノード間インタリーブ構成を切り替える手段と、
前記レイテンシ測定部と前記アクセス頻度測定部のデータをもとに、スタック構成時の平均レイテンシとインタリーブ構成時の予測平均レイテンシを算出する手段と、を備えるシステム制御装置と、を有することを特徴とする分散共有メモリ装置。 In a distributed shared memory device,
Means for calculating memory access latency by measuring the time required for memory access;
Means for separately calculating the local memory latency and the remote memory latency by checking the source and destination of the memory access;
Means for predicting latency at the time of interleaving, and a latency measuring unit comprising:
Means for measuring and recording the number of memory access requests via the system controller;
Means for separately calculating the local memory access frequency and the remote memory access frequency by checking the source and destination of the memory access, and an access frequency measuring unit comprising:
Stack configuration that forms the main storage space by stacking the address ranges of the main storage of each node, and inter-node interleave configuration that forms the main storage space by interleaving between the main storage devices of each node Means for switching;
A system controller comprising: means for calculating an average latency in a stack configuration and a predicted average latency in an interleave configuration based on data of the latency measurement unit and the access frequency measurement unit; Distributed shared memory device.
レイテンシ測定部が、メモリアクセスに要した時間を計測することで、メモリアクセスレイテンシを算出するステップと、
メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることでローカルメモリレイテンシとリモートメモリレイテンシを別々に算出するステップと、
インタリーブ構成時のレイテンシを予測するステップと、を有し、
アクセス頻度測定部が、システム制御装置を経由するメモリアクセス要求の回数を計測・記録するステップと、
メモリアクセスの発生元と行き先をチェックすることで、ローカルメモリアクセス頻度とリモートメモリアクセス頻度を別々に算出するステップと、を有し、
システム制御装置が、各ノードの主記憶のアドレスレンジをスタックして主記憶空間を形成する構成であるスタック構成と各ノードの主記憶装置間でインタリーブを行ない主記憶空間を形成する構成であるノード間インタリーブ構成を切り替えるステップと、
前記レイテンシ測定部と前記アクセス頻度測定部のデータをもとに、スタック構成時の平均レイテンシとインタリーブ構成時の予測平均レイテンシを算出するステップと、を有することを特徴とするメモリアクセス方法。 A memory access method in a distributed shared memory device, comprising:
A step of calculating a memory access latency by measuring a time required for the memory access by the latency measuring unit; and
Calculating local memory latency and remote memory latency separately by checking the source and destination of memory access; and
Predicting latency during interleaving configuration, and
An access frequency measurement unit measuring and recording the number of memory access requests via the system control device;
Calculating the local memory access frequency and the remote memory access frequency separately by checking the source and destination of the memory access, and
A node in which the system controller stacks the main memory address range of each node to form a main memory space, and a node that interleaves between the main memory devices of each node to form a main memory space Switching between interleave configurations,
A memory access method comprising: calculating an average latency in a stack configuration and a predicted average latency in an interleave configuration based on data of the latency measurement unit and the access frequency measurement unit.
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