KR100833681B1 - 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템및 관리 방법 - Google Patents

커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템및 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것으로, 병렬적으로 실행되는 복수의 병행 프로세스의 특정 시점에 의존성이 존재하는 경우에 커밋 관리자(commit manager)가 커밋 거부(commit-invalidate)를 하고, 특정 시점 이후에 실행되어 저장된 메모리부의 모든 프로세스 상태 정보를 원래의 상태(returnable)로 롤백(roll-back)하고, 특정 시점 이후의 프로세스의 진행은 의존성을 고려하여 진행할 뿐만 아니라 커밋 관리자(Commit manager)가 특정 타임스텝(Time-step)에서 모든 프로세스로부터 커밋(Commit(tx))요청을 받은 경우에 메모리 관리자(Memory manager)는 메모리에 저장된 특정 타임스텝(Time-step)이전의 모든 프로세스의 메모리를 원래 상태로 리턴(returnable)하여 변경함으로서 메모리를 효율적으로 관리하는 효과가 있다.
병렬 컴퓨팅 시스템, 커밋 프로토콜, 커밋 관리자, 메모리 관리자

Description

커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템 및 관리 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR A MEMORY MANAGEMENT OF PARALLEL PROCESS USING COMMIT PROTOCOL}
도 1은 본 발명에 의한 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 의해 특정 타임스텝에서 의존성이 존재하는 경우의 실시예를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 의한 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 시스템 내의 객체간의 의존성이 외부의 입력 또는 내부의 상호작용으로 인하여 불규칙적으로 변화하는 병렬 컴퓨팅 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 많은 양의 계산을 처리해야 하고 객체간의 의존성이 불규칙적으로 변화하는 군사 시뮬레이션, 입자 시뮬레이션과 같은 시스템에서 각각의 컴퓨팅을 병렬로 처리하고 이후 과거의 의존성이 발견되는 경우에 롤백(roll-back) 기법을 사용 하여 의존성 발생 시점부터 계산을 다시 수행하기 위해 상태정보를 저장하고 있는 메모리를 관리하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것이다.
시간의 흐름에 따라 의존성 변화를 예측할 수 없는 함수들로 구성된 병렬 컴퓨팅 시스템에서 각 함수를 표현하는 프로세스는 병렬적으로 계산을 진행하고 이후 의존성이 발생한 경우 의존성이 발생한 시간으로 롤백하여 의존성에 의해 변경된 값을 이용하여 계산을 다시 실행하여야 한다. 이러한 경우에 각 프로세스는 롤백에 대비하여 각 타임스텝(time-step)에 따른 상태정보 및 결과값을 메모리에 저장하고 있어야 한다.
그러나 컴퓨터 H/W에 가용한 메모리 자원은 유한하므로 다수의 객체로 구성되어 있는 거대한 병렬 컴퓨팅 시스템의 경우 메모리의 제약으로 인하여 병렬처리를 할 수 없는 경우가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 시스템 내의 객체간의 의존성이 외부의 입력 또는 내부의 상호작용으로 인하여 불규칙적으로 변화하는 병렬 컴퓨팅 시스템에서 물리적인 메모리의 제약 없이 메모리를 효율적으로 관리할 수 있는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템 및 관리 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템은 시간의 변화에 따라 의존성을 예측할 수 없는 복수의 병행 프로세스가 병렬적으로 계산을 진행하는 병렬 컴퓨팅 시스템에 있어서, 상기 각 프로세스의 메모리를 관리하는 메모리 관리자(Memory manager)와 상기 각 프로세스의 커밋 프로토콜을 관리하는 커밋 관리자(Commit manager)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 각 프로세스의 메모리는 각 타임스텝(Time-step)에서의 상기 프로세스의 상태정보 및 결과값을 저장하는 것을 특징하고, 각 프로세스는 각 타임스텝(Time-step)에서 결과값을 계산하면서 커밋(Commit(tx))을 호출하여 상기 커밋 관리자(Commit manager)에 커밋(Commit(tx))을 요청하는 것을 특징으로 한다.
또한, 커밋 관리자(Commit manager)는 각 프로세스의 커밋(Commit)요청을 기록하는 것을 특징으로 하고, 상기 커밋 관리자(Commit manager)가 특정 타임스텝(Time-step)(tx)에서 모든 프로세스로부터 커밋(Commit(tx))요청을 받은 경우에 상기 메모리 관리자(Memory manager)는 상기 메모리에 저장된 상기 특정 타임스텝(Time-step)(tx)이전의 상기 모든 프로세스의 메모리를 원래 상태로 리턴(returnable)하여 변경하는 것을 특징으로 한다.
또한, 특정 타임스텝(Time-step)에서 상기 각 프로세스의 상호 관계가 발견되면 상기 프로세스는 상기 커밋 관리자(Commit manager)에 커밋 거부(Commit-invalidate)를 요청하는 것을 특징으로 하고, 상기 커밋 관리자(Commit manager)는 각 프로세스에 커밋 거부(Commit-invalidate)를 알리면 상기 메모리 관리자(Memory manager)는 상기 메모리에 저장된 상기 특정 타임스텝(Time-step) 이후의 상기 프로세스의 계산 값과 상태 값을 원래 상태로 리턴(Returnable)하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법은 시간의 변화에 따라 의존성 변화를 예측할 수 없는 복수의 병행 프로세스가 병렬적으로 계산을 진행하는 병렬 컴퓨팅 방법에 있어서, 복수의 병행 프로세스가 병렬적으로 실행되어 계산 결과를 메모리에 저장하고, 커밋 관리자에게 커밋을 요청하는 1 단계, 상기 복수의 병행 프로세스의 특정 시점의 실행에 의존성이 있는지 여부를 판단하는 2 단계, 상기 의존성이 존재하면, 상기 커밋 관리자에게 커밋 거부(commit-invalidate)를 요청하는 3 단계, 상기 커밋 관리자는 모든 프로세스에 커밋 거부(commit-invalidate)를 알리는 4 단계, 메모리 관리자가 메모리의 모든 프로세스의 상기 특정 시점 이후의 프로세스 계산 결과를 원래 상태로 리턴(returnable)하는 5 단계, 상기 특정 시점에서의 의존성을 고려하여 프로세스의 진행을 계속하는 6 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 1 단계의 상기 메모리는 상기 각 프로세스의 각 타임스텝(Time-step)에서의 상기 프로세스의 상태정보 및 결과 값을 저장하는 것을 특징하고, 상기 각 프로세스는 각 타임스텝(Time-step)에서 결과 값을 계산하면서 커밋(Commit(tx))을 호출하여 상기 커밋 관리자(Commit manager)에 커밋(Commit(tx))을 요청하는 것을 특징으로 한다.
또한, 커밋 관리자(Commit manager)는 각 프로세스의 커밋(Commit)요청을 기록하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 커밋 관리자(Commit manager)가 특정 타임스텝(Time-step)(tx)에서 모든 프로세스로부터 커밋(Commit(tx))요청을 받은 경우에 상기 메모리 관리자(Memory manager)는 상기 메모리에 저장된 상기 특정 타임스텝(Time-step)(tx)이전의 상기 모든 프로세스의 메모리를 원래 상태로 리턴(returnable)하여 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템 및 관리 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면을 나타낸다.
병행 프로세스 메모리 관리 시스템은 시간의 진행에 따라 결과값이 변화하는 함수들로 구성되고, 특수한 조건하에서 하나 또는 다수의 함수의 결과 값이 다른 함수(들)의 결과에 영향을 주는 상호 의존성이 발생할 수 있는 함수들로 구성되어 있으며 각 함수들을 병렬 처리하고 의존성이 발생하는 경우 롤백(roll-back)이 가능하도록 만들어진 병렬 컴퓨팅 시스템의 메모리 관리에 관한 것으로서 메모리 관리를 위한 동기화 프로토콜을 제공하고 이를 이용하여 메모리를 관리한다.
본 발명에 의한 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템은 프로세스 간의 커밋 프로토콜을 관리하는 커밋 관리자와 이를 이용하여 각 프로세스의 메모리 관리를 수행하는 메모리 관리자로 구성되어 있다.
도 1은 3개의 입자 pa, pb, pc 로 구성된 물리 시스템을 나타낸다. Pa, Pb, Pc 각 입자의 운동은 각각 fpa(t), fpb(t), fpc(t)의 함수에 의해 이루어진다. 이 함수들은 각각 Pfpa, Pfpb, Pfpc의 프로세스에 할당되어 병렬처리로 계산된다. 각 Pfpx 프로세스는 초기에 계산값을 저장하기 위한 기본 메모리를 시스템에 요청하여 각각 할당 받는다. 이렇게 할당된 메모리는 타임 슬라이스(Δt)씩 증가하는 시간에 따라 계산된 fpx(t)의 값을 MPfpx에 저장한다. 각 입자 pa, pb, pc 는 fpa(t), fpb(t), fpc(t)로 기술된 운동방법에 따라 x-y 공간상에서 이동을 하게된다. t0 t1까지는 각각의 입자의 운동을 의존성 없이 t의 함수로 기술할 수 있으나 t2에서 발생한 충돌로 인하여 pa, pb 의 운동을 기술하는 fpa(t), fpb(t)는 fpa'(t), fpb'(t)으로 변경되어야 한다.
도 2는 본 발명에 의해 특정 타임스텝에서 의존성이 존재하는 경우의 실시예를 나타내는 도면이다. 병행 프로세스 Pfpb 와 Pfpb 가 병렬로 실행되는 예시이다. Pfpb는 먼저 스케줄링을 받아 t0에서 t4까지의 계산을 마친 상태이다. Pfpb 는 각 타 임 스텝(Time-step)에 따라 fpb(t0), fpb(t1), fpb(t2), fpb(t3), fpb(t4)를 메모리에 저장하고, 각각의 타임 스텝(Time-step)마다 commit(tx)를 호출하여 commit(tx)을 커밋 관리자(commit manager)에 요청한다. Pfpa 는 이후 스케줄링을 받아 t0에서 t1까지 각 타임 스텝마다 fpa(t0), fpa(t1)를 계산 하고 commit(tx)를 호출하여 commit(tx)을 요청한다. 다음 타임 스텝(time- step)인 t2에 Pfpa 는 fpa(t2)를 계산하면서 fpa(t2)와 fpb(t2)의 상호 관계를 발견하게 되고 커밋 관리자(commit manager)에 커밋 거부(commit-invalidate(t2))를 요청하게 된다. commit-invalidate(t2)요청을 받은 커밋 관리자(commit manager)는 각 프로세스에게 커컴커밋 거부(mmit-invalidate)요청을 알리고 각 메모리에서 t2 이후의 계산 값 fpx(t)가 차지하고 있는 메모리 상태를 원래의 상태(returnable)로 변환한다. t4 까지의 계산을 수행 했던 Pfpb 는 t2에서 부터 다시 계산을 수행하게 된다. 커밋 관리자(commit manager)는 시스템의 프로세스가 특정 시점 tx에 대하여 요청한 commit을 감시하고 모든 프로세스가 commit(tx)를 호출한 경우 해당 commit을 validate하여 이전 커밋 시점에서 특정 시점 tx까지의 각 프로세스가 사용하고 있는 메모리를 모두 원래의 상태(returnable)로 변경하여 재사용이 가능하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
병렬 컴퓨팅 시스템에 있어서 병행 프로세스는 초기 실행시 메모리 할당을 요청하여 returnable상태의 메모리를 할당 받는다(S100).
메모리가 할당된 각각의 프로세스는 병렬로 계산이 실행된다(S200).
병렬적으로 실행되는 프로세스가 시간이 변화함에 따른 각각의 타임 스텝(time-step)에 있어서 의존성이 존재하는지를 판단한다(S300).
병렬적으로 실행되는 프로세스들 사이의 의존성을 판단한 결과 의존성이 존재하는 경우라면 의존성이 존재하는 타임 스텝(time-step)에서 프로세스는 커밋 관리자(commit manager)에게 커밋 거부(comnmit-invalidate)를 요청한다(S510).
커밋 관리자(commit manager)가 특정 프로세스로부터 커밋 거부(comnmit-invalidate)를 요청받으면 커밋 관리자(commit manager)는 모든 프로세스에 특정 타임 스템(time-step)의 커밋 거부(commit-invalidate)를 알린다(S520).
커밋 관리자(commit manager)에 의해 타임 스템(time-step)의 커밋 거부(commit-invalidate)가 알려지면 메모리 관리자(memory manager)는 메모리에 저장된 특정 타임 스텝(time-step)이후의 모든 프로세스 계산 값을 롤백(roll-back)하여 returnable 상태로 변환한다.(S530)
특정 타임 스텝(time-step)이후의 모든 프로세스 계산 값을 returnable 상태로 변환하면 각각의 프로세스는 의존성을 감안하여 프로세스를 실행하여 각각의 타임 스텝(time-step)에서의 프로세스 계산 값을 메모리에 저장한다.(S540)
병렬적으로 실행되는 프로세스들 사이의 의존성을 판단한 결과 의존성이 존재하지 않는 경우라면 각각의 프로세스 계속해서 실행된다.
즉, 각 프로세스는 병렬적으로 계산을 하여 각각의 타임 스텝(time-step)에서의 각 프로세스를 진행한다.(S410)
각 프로세스의 진행에 의해 각 타임 스텝(time-step)의 프로세스 계산 값과 상태 정보를 메모리에 저장한다.(S420)
각 타임 스텝(time-step)에서 각각의 프로세스는 커밋 관리자(commit manager)에게 커밋(commit)을 요청한다.(S420)
커밋 관리자(commit manager)자는 프로세스로부터 커밋(commit)의 요청을 받으면 커밋(commit)요청을 기록한다.(S440)
커밋 관리자(commit manager)는 특정 시점에서 모든 프로세스로부터 커밋(commit) 요청이 기록되면, 메모리에 저장된 특정 시점 이전의 모든 프로세스의 계산값과 상태 정보를 롤백(roll-back)하여 returnable 상태로 변환한다.(S450)
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템 및 관리 방법은 시스템 내의 객체간의 의존성이 발생하는 경우에 롤백(Roll-back)이 가능하도록 하여 병렬 컴퓨팅 시스템의 메모리를 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 시간의 변화에 따라 의존성을 예측할 수 없는 복수의 병행 프로세스가 병렬적으로 계산을 진행하는 병렬 컴퓨팅 시스템에 있어서,
    상기 각 프로세스의 메모리를 관리하는 메모리 관리자(Memory manager);
    상기 각 프로세스의 커밋 프로토콜을 관리하는 커밋 관리자(Commit manager)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 프로세스의 메모리는 각 타임스텝(Time-step)에서의 상기 프로세스의 상태정보 및 결과값을 저장하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 각 프로세스는 각 타임스텝(Time-step)에서 결과값을 계산하면서 커밋(Commit(tx))을 호출하여 상기 커밋 관리자(Commit manager)에 커밋(Commit(tx))을 요청하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 커밋 관리자(Commit manager)는 각 프로세스의 커밋(Commit)요청을 기록하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 커밋 관리자(Commit manager)가 특정 타임스텝(Time-step)(tx)에서 모든 프로세스로부터 커밋(Commit(tx))요청을 받은 경우에 상기 메모리 관리자(Memory manager)는 상기 메모리에 저장된 상기 특정 타임스텝(Time-step)(tx)이전의 상기 모든 프로세스의 메모리를 원래 상태로 리턴(returnable)하여 변경하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    특정 타임스텝(Time-step)에서 상기 각 프로세스의 상호 관계가 발견되면 상기 프로세스는 상기 커밋 관리자(Commit manager)에 커밋 거부(Commit-invalidate)를 요청하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 커밋 관리자(Commit manager)는 각 프로세스에 커밋 거부(Commit-invalidate)를 알리는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 메모리 관리자(Memory manager)는 상기 메모리에 저장된 상기 특정 타임스텝(Time-step) 이후의 상기 프로세스의 계산 값과 상태 값을 원래 상태로 리턴(Returnable)하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 시스템.
  9. 시간의 변화에 따라 의존성 변화를 예측할 수 없는 복수의 병행 프로세스가 병렬적으로 계산을 진행하는 병렬 컴퓨팅 방법에 있어서,
    복수의 병행 프로세스가 병렬적으로 실행되어 계산 결과를 메모리에 저장하고, 커밋 관리자에게 커밋을 요청하는 1 단계;
    상기 복수의 병행 프로세스의 특정 시점의 실행에 의존성이 있는지 여부를 판단하는 2 단계;
    상기 의존성이 존재하면, 상기 커밋 관리자에게 커밋 거부(commit-invalidate)를 요청하는 3 단계;
    상기 커밋 관리자는 모든 프로세스에 커밋 거부(commit-invalidate)를 알리는 4 단계;
    메모리 관리자가 메모리의 모든 프로세스의 상기 특정 시점 이후의 프로세스 계산 결과를 원래 상태로 리턴(returnable)하는 5 단계;
    상기 특정 시점에서의 의존성을 고려하여 프로세스의 진행을 계속하는 6 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 1 단계의 상기 메모리는 상기 각 프로세스의 각 타임스텝(Time-step)에서의 상기 프로세스의 상태정보 및 결과 값을 저장하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 1 단계는 상기 각 프로세스가 각 타임스텝(Time-step)에서 결과 값을 계산하면서 커밋(Commit(tx))을 호출하여 상기 커밋 관리자(Commit manager)에 커밋(Commit(tx))을 요청하는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 커밋 관리자(Commit manager)는 각 프로세스의 커밋(Commit)요청을 기록하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1단계는 상기 커밋 관리자(Commit manager)가 특정 타임스텝(Time-step)(tx)에서 모든 프로세스로부터 커밋(Commit(tx))요청을 받은 경우에 상기 메모리 관리자(Memory manager)는 상기 메모리에 저장된 상기 특정 타임스텝(Time-step)(tx)이전의 상기 모든 프로세스의 메모리를 원래 상태로 리턴(returnable)하여 변경하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커밋 프로토콜을 이용한 병행 프로세스 메모리 관리 방법.
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