JP6541768B2 - 高性能コンピューティング(hpc:high performance computing)環境において効率的なロードバランシングをサポートするためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
この特許文書の開示の一部は、著作権の保護下にある内容を含む。著作権所有者は、特許商標庁の特許ファイルまたはレコードに現れるので、誰でも当該特許文書または特許開示を複製することについて異議はないが、そうでなければ如何なる場合でもすべての著作権を留保する。
本発明は、一般にコンピュータシステムに関し、特にネットワーク環境に関する。
ファットツリートポロジー(fat-tree topology)は、高性能コンピューティング(HPC:high performance computing)クラスタと、インフィニバンド(IB:InfiniBand)(登録商標)技術に基づくクラスタとに使用される。たとえば、ファットツリートポロジーは、天河二号(Tianhe-2)のような最も速いスーパーコンピュータにおいて使用される。さらに、ファットツリーIBシステムは、Stampede、TGCC CurieおよびSuperMUCのような大きなインストレーションを含む。
ネットワーク環境においてツリートポロジーで配される複数のスイッチおよび複数のエンドノードの間で効率的なロードバランシングをサポートするためのシステムおよび方法が本願明細書において記載される。上記システムおよび方法は、ツリートポロジーにおいて1つ以上のリーフスイッチ上に存在する複数のエンドノードを分類し得、複数のエンドノードは受信重みの減少する順に分類される。上記システムおよび方法は、受信重みの減少する順に複数のエンドノードをルーティングし得、ルーティングすることは、少なくとも1つの下りポートおよび少なくとも1つの上りポートを選択することを含む。上記システムおよび方法は、ルーティングされたエンドノードの受信重みだけ、各選択された下りポート上の蓄積された下り重みを増加し得る。最後に、上記システムおよび方法は、ルーティングされたエンドノードの受信重みだけ、各選択された上りポート上の蓄積された上り重みを増加し得る。
以下の詳細な説明では、本発明は、添付の図面において限定目的ではなく例示目的として示される。なお、この開示における「ある」、「1つ」または「いくつか」の実施形態への参照は、必ずしも同じ実施形態に対してなされるものではなく、このような参照は、少なくとも1つの実施形態を意味する。特定の実現例が論じられるが、当該特定の実現例は例示的な目的のみに提供されるということが理解される。当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することがなければ、他の構成要素および構成が使用されてもよいということを認識するであろう。
インフィニバンド(IB)は、インフィニバンドトレードアソシエーション(InfiniBand Trade Association)によって開発されたオープンで標準的なロスレスネットワーク技術である。当該技術は、特にHPCアプリケーションおよびデータセンターに対して適応される、高スループットおよび低レイテンシーの通信を提供するシリアルポイントツーポイント全二重相互接続(serial point-to-point full-duplex interconnect)に基づく。
ファットツリートポロジーは、汎用ネットワークトポロジーのスケーラブルなクラスである。ファットツリートポロジーの背後にある初期のアイデアは、リーフスイッチに存在するエンドノードを有するスイッチの階層的マルチルートツリー構造(layered, multi-rooted tree structure)としてネットワークトポロジーを構成することであった。ファットツリーのルートに向かってより太く(fat)なるリンクの使用によって、完全な2分割帯域幅が維持され得、輻輳が潜在的に回避される。これにより、任意の利用可能な帯域幅を使用する利点がさらに提供され得る。
上で論じたように、ネットワークにおいて、システム内の大部分のトラフィックを占めるノードである受信ノードがそれぞれのリーフスイッチにおいてインデックス位置を共有すると、FTreeの性能は低下し得る。たとえば図2において、受信ノード201および受信ノード213はインデックス位置1を共有し、受信ノード206および受信ノード210はインデックス位置2を共有する。このため、ロードバランシングに関してFTreeの実行可能性を評価するために、(受信ノードが異なるリーフスイッチにおいて同じインデックス位置を共有する場合の)そのようなインデックス衝突の確率を決定することは重要である。
・リーフスイッチは、<l0,l1,….,ln−2,n−1>であるレベルn−1のスイッチとして定義され、レベルnでのエンドノードc0,c1,…,cn−1に対するエッジを有する。
ファットツリーがN=kn−1個のリーフスイッチを有するので、受信ノードがそれらの対応するスイッチにおいて同じインデックス位置を共有する確率を求めるために2項分布が使用され得る。任意のインデックス位置iにおいてちょうどr個の受信ノードを求める確率は、piという確率とともに、
位置iにおいて少なくともx個のインデックス衝突を得る確率を計算するために、ここで以下のように示されるように、すべての対応する確率の合計が取られる。
加重ファットツリールーティングアルゴリズム
本開示の実施形態に従うと、上記のFTreeの欠陥を克服するために、加重ファットツリールーティングアルゴリズム(weighted fat-tree routing algorithm)(さまざまな態様で全体においてwFatTreeと称される)が使用される。wFatTree内において、各エンドノードは新しいパラメータであるreceive_weightが割り当てられ、当該receive_weightは、システム内におけるルートを計算する際に分かっているトラフィック特性または学習されたトラフィック特性を考慮するよう用いられ得る。
実施形態において、ノードに関する管理情報が利用可能でない場合、より特定的には、ノードのreceive_weightsが供給されないまたはそうでなければ利用可能ではない場合、receive_weightsが計算され得る。OFED(OpenFabrics Enterprise Distribution)を利用する実施形態において、ibdatacountsと称されるユーティリティがデータカウンタを読み出すために提供される。ネットワークをセットアップし、各ノードに等しいreceive_weightsを与えた後、新しい重みが所定の時間期間の後に計算または学習され得る。
Claims (15)
- ネットワーク環境において、複数のレベルを含むツリートポロジーで配される複数のスイッチおよび複数のエンドノードの間で効率的なロードバランシングをサポートするための方法であって、
前記複数のスイッチのうちの1つ以上の上に存在する前記複数のエンドノードを分類することを含み、前記複数のエンドノードは受信重みの減少する順に分類され、前記方法はさらに、
前記受信重みの減少する順に前記複数のエンドノードをルーティングすることを含み、前記複数のエンドノードのうちの対象エンドノードに対して前記ルーティングすることは、前記対象エンドノードに向かうルートについて少なくとも1つの下りポートおよび少なくとも1つの上りポートを選択することを含み、前記下りポートは、前記複数のレベルのうちの1つのレベルのスイッチから前記複数のレベルのうちの1レベルだけ下のレベルのスイッチへの下り方向のポートであり、前記上りポートは、前記複数のレベルのうちの1つのレベルのスイッチから前記複数のレベルのうちの1レベルだけ上のレベルのスイッチへの上り方向のポートであり、前記方法はさらに、
前記対象エンドノードの受信重みだけ、各選択された下りポート上の蓄積された下り重みを増加することと、
前記対象エンドノードの受信重みだけ、各選択された上りポート上の蓄積された上り重みを増加することとを含む、方法。 - 前記少なくとも1つの上りポートを選択することは、複数の上りポートを比較して、最も蓄積されていない上り重みを有する前記上りポートを選択することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のエンドノードの各々についての前記受信重みを受信することをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記複数のエンドノードの各々についての前記受信重みは、アドミニストレータからの入力から受信される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- ネットワークにおける1つ以上のリーフスイッチ上の前記複数のエンドノードの各々についての前記受信重みは入力から受信され、前記入力は、それぞれ前記複数のエンドノードの各々上の監視されるトラフィックに関係付けられる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの下りポートを選択することは、複数の下りポートを比較して、最も蓄積されていない下り重みを有する前記下りポートを選択することを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの下りポートを選択することは、最も蓄積されていない下り重みを有する2つ以上の下りポートに応答して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートを比較して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートから、最も蓄積されていない上り重みを有する前記下りポートを選択することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの下りポートを選択することは、
複数の下りポートを比較して、最も蓄積されていない下り重みを有する前記下りポートを選択することと、
最も蓄積されていない下り重みを有する2つ以上の下りポートに応答して、最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートを比較して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートから、最も蓄積されていない上り重みを有する前記下りポートを選択することと、
前記最も蓄積されていない下り重みおよび前記最も蓄積されていない上り重みを有する前記2つ以上の下りポートに応答して、前記最も蓄積されていない下り重みおよび前記最も蓄積されていない上り重みを有する前記2つ以上の下りポートを比較して、前記最も蓄積されていない下り重みおよび前記最も蓄積されていない上り重みを有する前記2つ以上の下りポートから、最も小さなグローバル一意識別子を有する前記下りポートを選択することとを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - ネットワーク環境において、複数のレベルを含むツリートポロジーで配される複数のスイッチおよび複数のエンドノードの間で効率的なロードバランシングをサポートするためのシステムであって、
1つ以上のマイクロプロセッサと、
前記1つ以上のマイクロプロセッサ上で実行されるプロセッサとを含み、
前記プロセッサは、
前記複数のスイッチのうちの1つ以上の上に存在する前記複数のエンドノードを分類することを含むステップを実行するよう動作し、前記複数のエンドノードは受信重みの減少する順に分類され、前記プロセッサはさらに、
前記受信重みの減少する順に前記複数のエンドノードをルーティングすることを含むステップを実行するよう動作し、前記複数のエンドノードのうちの対象エンドノードに対して前記ルーティングすることは、前記対象エンドノードに向かうルートについて少なくとも1つの下りポートおよび少なくとも1つの上りポートを選択することを含み、前記下りポートは、前記複数のレベルのうちの1つのレベルのスイッチから前記複数のレベルのうちの1レベルだけ下のレベルのスイッチへの下り方向のポートであり、前記上りポートは、前記複数のレベルのうちの1つのレベルのスイッチから前記複数のレベルのうちの1レベルだけ上のレベルのスイッチへの上り方向のポートであり、前記プロセッサはさらに、
前記対象エンドノードの受信重みだけ、各選択された下りポート上の蓄積された下り重みを増加することと、
前記対象エンドノードの受信重みだけ、各選択された上りポート上の蓄積された上り重みを増加することとを含むステップを実行するよう動作する、システム。 - 前記複数のスイッチおよび前記複数のエンドノードは、高性能コンピューティング(HPC)クラスタにおける使用のためにファットツリートポロジーに配される、請求項9に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記複数のエンドノードの各々について前記受信重みを受信するように動作する、請求項9または10のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの下りポートを選択することは、複数の下りポートを比較して、最も蓄積されていない下り重みを有する前記下りポートを選択することを含む、請求項9〜11のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの下りポートを選択することは、最も蓄積されていない下り重みを有する2つ以上の下りポートに応答して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートを比較して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートから、最も蓄積されていない上り重みを有する前記下りポートを選択することを含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの下りポートを選択することは、
複数の下りポートを比較して、最も蓄積されていない下り重みを有する前記下りポートを選択することと、
最も蓄積されていない下り重みを有する2つ以上の下りポートに応答して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートを比較して、前記最も蓄積されていない下り重みを有する前記2つ以上の下りポートから、最も蓄積されていない上り重みを有する前記下りポートを選択することと、
前記最も蓄積されていない下り重みおよび前記最も蓄積されていない上り重みを有する前記2つ以上の下りポートに応答して、前記最も蓄積されていない下り重みおよび前記最も蓄積されていない上り重みを有する前記2つ以上の下りポートを比較して、前記最も蓄積されていない下り重みおよび前記最も蓄積されていない上り重みを有する前記2つ以上の下りポートから、最も小さなグローバル一意識別子を有する前記下りポートを選択することとを含む、請求項9〜11のいずれか1項に記載のシステム。 - マシン読取可能な形態の命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、コンピュータシステムによって実行されると、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法を前記コンピュータシステムに行なわせる、コンピュータプログラム。
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