KR20010035805A - 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 많은 클라이언트들이 동시에 다중으로 공유 통신선로를 이용할 수 있게 허가신호를 할당하며 최대한 많은 요청에 대한 허가를 빠른 시간내에 고속으로 결정하기 위한 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 관한 것이다.

이러한 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법은, 각 클라이언트 그룹의 모든 클라이언트들의 서비스 요청(Requests)신호들을 2차원 요청 매트릭스의 하나의 열로 배열하여 모든 통신선로들의 수에 해당하는 행(N)과 클라이언트 그룹들의 수에 해당하는 열(M)로 이루어진 2차원 요청 매트릭스를 만드는 제 1 단계와; 상기 N×M 요청 매트릭스를 M 단위로 나누어 K(=N/M)개의 M×M 요청 매트릭스들을 만드는 제 2 단계; 하나의 클라이언트 그룹들이 동시에 사용 가능한 공유 통신선로의 수(K)만큼 상기 K개의 M×M 요청 매트릭스들을 복사하는 제 3 단계; 상기 M×M 요청 매트릭스를 병렬 처리하기 위하여 K×K×M개의 프로세서를 병렬로 나열하고 시작 엘리먼트의 번호가 같은 라운드로빈 시퀀스로 2차원 병렬 라운드로빈 스케줄링하면서, 시작 엘리먼트의 번호가 서로 다른 라운드로빈 시퀀스로 3차원 병렬 라운드로빈 스케줄링하여 3차원의 요청 엘리먼트들을 구하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에 의해 결정된 3차원의 요청 엘리먼트들을 다단계 투사방법으로 투사하여 상기 공유 통신선로들에 병렬 할당하는 제 5 단계를 포함한다.

Description

3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법 {3D high-speed round robin scheduling method}

본 발명은 공유 다중 통신선로에서의 라운드로빈 스케줄링방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 많은 클라이언트들이 동시에 다중으로 공유 통신선로를 이용할 수 있게 허가신호를 할당하며 최대한 많은 요청에 대한 허가를 빠른 시간내에 고속으로 결정하기 위한 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 관한 것이다.

제한된 통신선로를 이용하여 많은 클라이언트들(clients)이 공정한 전송서비스를 제공받기 위해서, 통신시스템에서의 스케줄링방법이 필요하다. 통신시스템에서의 대부분의 스케줄러는 다중 클라이언트들(Multiple Clients)이 유한한 통신선로(Communication Link)를 서로 공유하도록 한다. 따라서 스케줄러는 버스와 같은 공유 자원을 서로 사용하려고 경쟁하는 다수의 클라이언트들에게 그 공유 자원의 이용을 가능한 한 공정하게 분배하여 할당한다.

공유 자원이 다중 통신선로인 경우에도, 단일 통신선로일 경우와 마찬가지로, 스케줄러는 각 다중 통신선로가 모든 클라이언트들에게 공정한 서비스를 지원할 수 있도록 공유 자원을 분배하여 할당하여야 한다.

이와 같이 모든 입력 클라이언트들에 대해 공유 자원의 공정한 스케줄링을 하기 위해 사용되는 많은 스케줄러들(Schedulers) 중 대표적인 방법이 라운드로빈(Round-Robin) 스케줄러이다. 이 라운드로빈 스케줄러는 그 동작 방식 및 설계 구현이 간단하다. 이는 서비스를 받고자 하는 여러 개의 클라이언트들에 대해 미리 서비스 순서를 정하고, 정해진 서비스 순서대로 한 번에 하나의 클라이언트씩 차례대로 서비스를 해주는 방식이다. 전송 서비스를 요구하는 하나의 클라이언트는 서비스를 받기까지 대기하고 있어야 하며, 현재 클라이언트의 전송 서비스가 끝나면 미리 정해진 전송 서비스의 순서 고리에서 다음 차례에 있는 클라이언트가 서비스를 받도록 한다.

이때, 순서가 된 클라이언트가 전송요구를 하였다면 전송 서비스를 받게 되고, 전송요구를 하지 않았다면 전송 서비스의 기회는 순서 고리 상의 다음 클라이언트에게 주어진다. 따라서, 순서 고리 상의 모든 클라이언트들이 차례대로 서비스를 받게 된다. 마지막 순서의 클라이언트가 서비스를 받은 후에는 서비스의 기회는 다시 처음 클라이언트에게 주어진다. 이렇게 미리 정해진 순서대로 클라이언트들을 반복적으로 순환하며, 이 순환은 서비스의 요구가 끝날 때까지 계속된다.

하나의 라운드로빈 스케줄러가 N개의 클라이언트들을 가지고 있고 마지막 스케줄링 사이클이 i(1 ≤ i ≤ N) 였다면, 라운드로빈 스케줄러는 i+1 과 N 사이의 클라이언트들 중 전송요구를 한 첫 번째 클라이언트를 선택하여 서비스를 제공한다. 그러나, 만약 이 범위(i+1 과 N 사이) 내에서 서비스를 요청한 클라이언트가 없다면 라운드로빈 스케줄러는 1과 i 사이의 클라이언트들 중에서 서비스를 요청한 첫 번째 클라이언트를 선택하여 공유 자원의 사용을 인가한다.

도 1은 종래기술에 따른 2차원 라운드로빈 스케줄링방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 2는 2차원 라운드로빈 스케줄링방법이 적용된 공유 다중 통신선로를 도시한 도면이다. 이러한 2차원 라운드로빈 스케줄링방법은 단일 통신선로를 각 클라이언트들에게 공정하게 서비스하기 위한 방법이다.

한편, 병렬 처리기술의 응용 분야가 늘어남에 따라, 통신 시스템을 구성하고 있는 소자들 사이의 데이터 통신을 서비스하는 통신선로도 다중으로 존재하게 된다. 다중 통신선로의 경우, 많은 클라이언트들이 동시에 이 다중 통신선로를 이용하고자 할 때 2차원 라운드로빈 스케줄링방법을 이용한다면 모든 클라이언트들이 다중의 공유 통신선로를 공정하게 서비스받지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 전체 공유 통신선로를 스케줄링하는 데에 많은 시간이 필요하다.

또한, 대형 병렬 프로세서시스템에서 다중의 주변장치, 즉 병렬 디스크어레이(Disk Array)와 같은 주변장치를 다중의 프로세서가 동시에 억세스(Access)하려 할 때, 공유 다중 통신선로가 있는 경우에는 2차원 라운드로빈 스케줄링방법을 이용하면 다중 공유자원의 공정한 관리가 어렵게 된다. 따라서, 공유 다중 통신선로를 많은 클라이언트들이 각각 다중의 서비스를 동시에 요구하는 병렬 통신시스템에서 한 번에 여러 개의 공유 통신선로를 클라이언트들에게 공정하고 빠르게 할당해주기 위한 병렬 라운드로빈 스케줄링방법이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 필요성을 충족시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 많은 클라이언트 그룹들이 다중의 공유 통신선로를 동시에 다중으로 이용할 수 있는 통신시스템에서, 모든 클라이언트들이 공정한 이용율로 공유 다중 통신선로를 점유하고 모든 공유 다중 통신선로를 최대의 이용율로 이용함으로써, 통신시스템의 최대 처리율을 지원하고 병렬 프로세서의 3차원 구조를 이용하여 공유 다중 통신선로를 고속으로 병렬 스케줄링하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 2차원 라운드로빈 스케줄링방법을 도시한 도면,

도 2는 종래기술에 따른 2차원 라운드로빈 스케줄링방법이 적용되는 공유 다중 통신선로를 도시한 구조도,

도 3은 일반적인 병렬 공유 다중 통신선로를 도시한 구조도,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법을 도시한 도면,

도 5는 도 4에 도시된 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 의해 제1단계 투사되는 요청 엘리먼트의 라운드로빈 사이클당 조합을 도시한 도면,

도 6은 도 4에 도시된 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 의해 제1단계 투사되는 요청 엘리먼트의 조합 중 가중우선순위에 의한 선택방법의 일 예시도,

도 7은 도 4에 도시된 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 의해 제2단계 투사되는 요청 엘리먼트의 라운드로빈 스케줄링을 상태를 도시한 도면이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다수의 클라이언트 그룹들이 다중 통신선로들을 공유하는 통신시스템에서 모든 모든 클라이언트들이 공정하게 공유 다중 통신선로를 사용하도록 하는 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 있어서, 각 클라이언트 그룹의 모든 클라이언트들의 서비스 요청(Requests)신호들을 2차원 요청 매트릭스의 하나의 열로 배열하여 모든 통신선로들의 수에 해당하는 행(N)과 클라이언트 그룹들의 수에 해당하는 열(M)로 이루어진 2차원 요청 매트릭스를 만드는 제 1 단계와; 상기 N×M 요청 매트릭스를 M 단위로 나누어 K(=N/M)개의 M×M 요청 매트릭스들을 만드는 제 2 단계; 하나의 클라이언트 그룹들이 동시에 사용 가능한 공유 통신선로의 수(K)만큼 상기 K개의 M×M 요청 매트릭스들을 복사하는 제 3 단계; 상기 M×M 요청 매트릭스를 병렬 처리하기 위하여 K×K×M개의 프로세서를 병렬로 나열하고 시작 엘리먼트의 번호가 같은 라운드로빈 시퀀스로 2차원 병렬 라운드로빈 스케줄링하면서, 시작 엘리먼트의 번호가 서로 다른 라운드로빈 시퀀스로 3차원 병렬 라운드로빈 스케줄링하여 3차원의 요청 엘리먼트들을 구하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에 의해 결정된 3차원의 요청 엘리먼트들을 다단계 투사방법으로 투사하여 상기 공유 통신선로들에 병렬 할당하는 제 5 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법이 제공된다.

본 발명은 병렬 스케줄링에 있어서 매 라운드로빈(Round-Robin) 스케줄링 사이클마다 각 프로세싱 엘리먼트(Processing Element)들이 최대한 서로 독립적인 서비스 요청(Request)신호의 조합을 사용하여 공유 다중 통신선로의 사용 허가(Grant) 결정을 최대한 독립적으로 내리도록 한다. 또한, 고속의 병렬 스케줄링을 위하여 2차원의 전송 요청매트릭스(Matrix)를 3차원 구조의 프로세싱 엘리먼트 (Processing Element) 어레이(Array)에서 라운드로빈 스케줄링을 하도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 ″3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법″을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 M개의 클라이언트 그룹이 N개의 공유 다중 통신선로 중에서 각 클라이언트 그룹마다 K(=N/M)개의 다중 통신선로를 동시에 사용할 수 있는 통신시스템을 도시한 공유 다중 통신선로 구조도이다. 이러한 통신시스템은 입력버퍼를 공유하는 입력 그룹이 분산형으로 존재하고, 각 공유 입력버퍼의 출력이 멀티포트 출력(Multiport Output)을 지원하여 한 번에 여러 개의 클라이언트들을 서비스할 수 있다. 이러한 공유 통신선로를 스케줄링하는 스케줄러는 각 공유 입력버퍼의 다수의 출력과 분산형으로 존재하는 분산 공유 입력버퍼의 출력간의 클라이언트들에 대해 공정한 서비스 지원을 해결하여야 하며 높은 처리율과 다중 입력 큐에 대한 공정한 서비스를 제공하여야 한다.

이러한 통신 시스템에서, 모든 클라이언트 그룹들이 다중으로 공유 통신선로를 공정하게 사용할 수 있는 기회를 가지도록 병렬 라운드로빈 스케줄링을 하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 서비스 요청 매트릭스(Request Matrix)를 구성한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 클라이언트 그룹별로 N개의 서비스 요청(Request)신호를 도 3에 도시한 아비터(Arbiter)로 보내면 아비터에서는 하나의 클라이언트 그룹으로부터 발생된 N개의 서비스 요청신호를 요청 매트릭스의 하나의 열로 구성시킨다. 첫 번째 클라이언트 그룹(입력(0)∼입력(K-1))의 서비스 요청신호는 공유 입력버퍼(0)를 이루는 N개의 큐(Q₀∼Q_N-1)에 입력되는 바, 이 N개의 큐 중에서 K개를 선택하여 공유 입력버퍼(0)의 출력포트로 내보내야 한다. 이와 같은 동작은 각 클라이언트 그룹별로 이루어져야 하며, 이는 아비터에서 행해진다.

아비터는 각 클라이언트 그룹의 N개의 큐에 입력된 N개의 서비스 요청신호를 하나의 열로 하는 요청 매트릭스(RM0)를 만든다. 즉, 요청 매트릭스(RM0)는 서비스 요청신호의 수인 N개의 행과 클라이언트 그룹의 수인 M개의 열을 가지는 N×M 행렬이 된다. 이 N×M 요청 매트릭스(RM0)를 M 단위로 분리하면 K(=N/M)개의 M×M 요청 매트릭스가 얻어진다. 분리된 M×M 요청 매트릭스는 그 순서에 따라 M0, M1, M2, M3으로 명명한다. 이와 같이 K(=N/M)개의 M×M 요청 매트릭스들을 복사하여 4개(RM0, RM1, RM2, RM3)를 만든다.

하나의 M×M 요청 매트릭스에 대해 2차원 병렬 라운드로빈 스케줄링을 위해서는 M개의 프로세서들(Processors)이 필요하다. 즉, 하나의 요청 매트릭스(RM0, RM1, RM2, RM3)에 있어서, K개의 M×M 요청 매트릭스들을 병렬 처리하기 위해서는 K×M개의 프로세서들이 필요하다. 또한, 이 요청 매트릭스들(RM0, RM1, RM2, RM3)이 모두 K개이기 때문에 최종적으로 K×K×M개의 프로세서들이 필요하다.

하나의 M×M 요청 매트릭스에 대해, M개의 프로세서들은 하나의 M×M 요청 매트릭스에 대해 종속성(Dependency)이 없는 대각선 방향으로 라운드로빈 스케줄링을 실시한다. 이때, 대각선 방향의 요청 매트릭스의 엘리먼트들은 모듈러스 M 카운터(Modulus-M Counter)로 선택할 수 있는 입력과 출력 포트에 대한 M개의 조합에 대한 요청 매트릭스의 엘리먼트들이다. M개의 엘리먼트들 중 요청이 있고 아직 선택되지 않은 엘리먼트가 서비스를 받을 수 있도록 선택되어진다. 이러한 병렬 라운드로빈 스케줄링이 K개 병렬로 이루어진다. 따라서 K×M 개의 병렬 프로세서들에 의해 선택되어진 엘리먼트들은 각 엘리먼트가 속한 열의 클라이언트 그룹이 가지고 있는 K개의 다중 출력포트에 K개의 M×M 요청 매트릭스 순서대로 제 1 단계 투사(Projection)된다.

또한, 상기의 K×M 개의 동일한 출발점에서의 병렬 라운드로빈 스케줄링을 도 4에 도시된 바와 같이 K개 병렬로 스케줄링하는데 서로 다른 출발점에서 시작하는 라운드로빈 스케줄링을 한다. 즉, K×K×M개의 3차원 병렬 프로세서들이 동시에 라운드로빈 스케줄링을 하도록 하는 3차원 병렬 라운드로빈 스케줄링을 한다. 이때 서로 다른 출발점에서 시작하는 병렬 라운드로빈 스케줄링의 결과는 각 클라이언트가 이용 가능한 K개의 다중 출력포트에 병렬 투사(Projection)된다. i(0 ≤ i ≤ K-1) 번째 출발점에서 시작하는 K×M 병렬 라운드로빈 스케줄러로부터의 K개의 스케줄링 결과는 첫 번째 출발점 s(0 ≤ s ≤ K-1)에서 시작한 K×M 병렬 라운드로빈 스케줄러의 결과 투사위치(Projection Location)로부터 i번째 회전(Rotated-by-i)한 위치에 제 1 단계 투사된다.

도 5에 도시된 바와 같이 모든 클라이언트들이 동시에 이용할 수 있는 K(=N/M)개의 공유 통신선로에 대해 자신의 N개의 요청신호들 중 병렬 라운드로빈 스케줄링에 의해 현재 선택되어진 클라이언트 그룹의 출력 포트당 K개의 요청(Requests) 신호들이 병렬로 동시에 투사된다. 이 출력 포트당 K개의 제 1 단계 투사되어진 요청(Requests) 신호들 중에서 요청신호들의 현재의 우선 순위값을 이용한 정렬에 의해 최대 우선순위의 요청을 각 출력 포트마다 선택한다. 이때 하나의 클라이언트 그룹에 대해 동시에 K 개의 요청 신호가 제 1 단계 투사될 때 도 6에 도시된 바와 같이 선택되어진 K 개의 요청 신호들 중 중복되어 선택된 요청이 발생하지 않도록 한다.

상기와 같은 제 1 단계 투사과정을 한 후, 제 2 단계 투사과정을 수행한다. 제 2 단계 투사과정은 N개의 공유 통신선로를 M개의 클라이언트 그룹들이 K개의 공유 통신선로를 동시에 사용할 수 있도록 허가(Grant)하고 각 클라이언트 그룹의 해당 통신선로에 허가된(Granted) 공유 통신선로를 최종 할당하는 과정이다. 제 2 단계 투사는 도 7에 도시된 바와 같은 라운드로빈 스케줄링 방식으로, 클라이언트 그룹과 클라이언트 그룹 사이에 중복으로 투사된 요청신호들 중 라운드로빈 우선순위가 가장 높은 순서로 공유 통신선로의 이용을 최종 허가(Grant)한다. 이때 모든 클라이언트 그룹들의 K 개의 제 1 단계 투사 결과가 중복되지 아니하고 모든 클라이언트 그룹들의 K 개의 제 1 단계 투사 결과 중 1개씩 만이 정해진 패턴에 따라 중복될 경우가 발생한다.

따라서, 제 2 단계 투사는 전체 N 개의 제 1 단계 투사 결과 중 중복 가능한 M개의 투사 결과를 라운드로빈 스케줄링 방법으로 스케줄링하여 최종 투사 결과를 선택한다. 이러한 제 2 단계 투사가 병렬로 K 개 존재하여 N 개의 전체 공유 통신선로를 모든 클라이언트들이 공정하게 최대한 많은 공유 통신선로를 이용하도록 스케줄링한다.

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 다단계의 HOL(Head-of-Line) 차단효과에 대한 병렬 스케줄링이 가능하여 최대의 처리율을 제공할 수 있으며, 병렬성이 뛰어나 고속의 라운드로빈 스케줄링을 가능하게 한다. 또한, 향후 압도적으로 많아질 다중 프로세서 시스템 및 서비스에서 다중 공유 매체의 다중 서비스 요구를 수용하는데 필수적인 기본 스케줄링 방법으로 자리잡을 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 다수의 클라이언트 그룹들이 다중 통신선로들을 공유하는 통신시스템에서 모든 클라이언트들이 공정하게 공유 다중 통신선로를 사용하도록 하는 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법에 있어서,

   각 클라이언트 그룹의 모든 클라이언트들의 서비스 요청(Requests)신호들을 2차원 요청 매트릭스의 하나의 열로 배열하여 모든 통신선로들의 수에 해당하는 행(N)과 클라이언트 그룹들의 수에 해당하는 열(M)로 이루어진 2차원 요청 매트릭스를 만드는 제 1 단계와;

   상기 N×M 요청 매트릭스를 M 단위로 나누어 K(=N/M)개의 M×M 요청 매트릭스들을 만드는 제 2 단계;

   하나의 클라이언트 그룹들이 동시에 사용 가능한 공유 통신선로의 수(K)만큼 상기 K개의 M×M 요청 매트릭스들을 복사하는 제 3 단계;

   상기 M×M 요청 매트릭스를 병렬 처리하기 위하여 K×K×M개의 프로세서를 병렬로 나열하고 시작 엘리먼트의 번호가 같은 라운드로빈 시퀀스로 2차원 병렬 라운드로빈 스케줄링하면서, 시작 엘리먼트의 번호가 서로 다른 라운드로빈 시퀀스로 3차원 병렬 라운드로빈 스케줄링하여 3차원의 요청 엘리먼트들을 구하는 제 4 단계; 및

   상기 제 4 단계에 의해 결정된 3차원의 요청 엘리먼트들을 다단계 투사방법으로 투사하여 상기 공유 통신선로들에 병렬 할당하는 제 5 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 단계는, 3차원 병렬 라운드로빈 스케줄링에 의해 선택되어진 3차원의 병렬 요청 엘리먼트들을 투사하는 제 1 투사단계를 포함하고, 상기 제 1 투사단계는, 서로 다른 독립적으로 선택된 다중 요청 엘리먼트들을 각 매트릭스의 열이 나타내는 각 클라이언트 그룹이 사용할 수 있는 다중 공유 통신선로에 한 번에 하나씩 회전시켜서 투사된 병렬 요청 매트릭스들의 엘리먼트들 중에서 가중 우선순위를 비교하여 우선순위가 가장 높은 하나의 엘리먼트를 병렬 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 5 단계는, 병렬 라운드로빈 스케줄링에 의해 선택되어진 3차원 병렬 요청 엘리먼트들을 투사하는 제 2 투사단계를 포함하고, 상기 제 2 투사단계는, 상기 제 1 투사단계에 의해 결정된 결과에서, 매 라운드로빈 사이클마다 중복이 일어날 수 있는 클라이언트 그룹끼리 비교하여, 중복이 일어나는 공유 통신선로는 그 우선순위에 따라 우선순위가 높은 요청 엘리먼트를 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 고속 라운드로빈 스케줄링방법.