TWI633773B - 電腦叢集系統 - Google Patents

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Abstract

一種電腦叢集系統，包含多個電腦節點。該等電腦節點被劃分成多個群組，每一群組包含多個共同形成一第一環狀拓撲的電腦節點。每一第一環狀拓撲的該等電腦節點的其中一者為一對應自身所屬第一環狀拓撲的第一主節點，且該等第一主節點共同形成一第二環狀拓撲，該等第一主節點的其中一者為一對應該第二環狀拓撲的第二主節點。本發明可不需一額外的電腦節點來管理整個系統，且與習知的環狀拓撲相較，有較高的資料傳輸效率，更能滿足即時性的資料傳輸需求。

Description

電腦叢集系統
本發明是有關於一種電腦叢集系統，特別是指一種形成多層環狀拓撲的電腦叢集系統。
電腦叢集系統(computer cluster system)包含了多個電腦節點(computer node)，其中該等電腦節點的連接方式也就是電腦叢集系統的網路拓撲。
一般來說，網路拓撲的架構可大致區分為中心管理架構與無中心管理架構兩類。在中心管理架構中，常見的有如圖1所示的星狀拓撲(star topology)，其中由一中心電腦節點8直接連接其他多個電腦節點9，並負責整個系統的管理與監控。上述的中心管理架構雖然有較高的資料傳輸效率，但因需要一額外的中心電腦節點8來管理整個系統，所以硬體成本也較高。在無中心管理架構中，常見的有如圖2所示的環狀拓撲(ring topology)，其中由該等電腦節點9擇一來負責管理與監控整個系統。在此架構中，因不需一額外的中心電腦節點來管理整個系統，所以硬體成本較低；但兩電腦 節點9之間的最大資料傳輸路徑長度為電腦節點9數量的二分之一，所以資料傳輸效率較低，尤其是電腦節點9數量較多時。鑑於上述，現有的無中心管理的網路拓撲架構還有改善的空間。
因此，本發明的目的，即在提供一種具有高資料傳輸效率的無中心管理的電腦叢集系統。
於是，本發明電腦叢集系統包含多個電腦節點。該等電腦節點被劃分成多個群組，每一群組包含多個共同形成一第一環狀拓撲的電腦節點。
每一第一環狀拓撲的該等電腦節點的其中一者為一對應自身所屬第一環狀拓撲的第一主節點，且該等第一主節點共同形成一第二環狀拓撲，該等第一主節點的其中一者為一對應該第二環狀拓撲的第二主節點。
本發明的功效在於：與習知的環狀拓撲相較，本發明有較高的資料傳輸效率。
1‧‧‧第一環狀拓撲
2‧‧‧第二環狀拓撲
3‧‧‧第三環狀拓撲
8‧‧‧中心電腦節點
9‧‧‧電腦節點
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明習知星狀拓撲的電腦叢集系統；圖2是一方塊圖，說明習知環狀拓撲的電腦叢集系統；及 圖3是一方塊圖，說明本發明多層環狀拓撲的電腦叢集系統。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3，圖3說明本發明電腦叢集系統的一實施例的網路拓撲架構。該電腦叢集系統包含六十四個電腦節點9，該六十四個電腦節點9被劃分成十六個群組，每一群組包含四個電腦節點9，並形成一第一環狀拓撲1，因此共有十六個第一環狀拓撲1。每一第一環狀拓撲1的該四個電腦節點9的其中一者為一對應自身所屬第一環狀拓撲1的第一主節點，且每四個第一主節點共同形成一第二環狀拓撲2，因此共有四個第二環狀拓撲2。每一第二環狀拓撲2的該四個第一主節點的其中一者為一對應自身所屬第二環狀拓撲2的第二主節點；且所有的第二主節點共同形成一第三環狀拓撲3，且該等第二主節點的其中一者為一對應該第三環狀拓撲3的第三主節點，且由該第三主節點來負責管理與監控整個系統。
本實施例的網路拓撲架構可視為一個三層的環狀拓撲架構，其中第一層對應該十六個第一環狀拓撲1，第二層對應該四個第二環狀拓撲2，第三層對應該第三環狀拓撲3。
以下說明該第三主節點收集各個電腦節點9的節點資料的方式，其中每一電腦節點9的節點資料包含該電腦節點9的監控資 訊，包括CPU溫度、記憶體溫度等。
在每一第一環狀拓撲1中，每一電腦節點9定期地發送一資料要求給每一相鄰的電腦節點9；每一電腦節點9在接收到來自一相鄰的電腦節點9的資料要求後，隨即回傳自身目前所儲存的所有節點資料給該相鄰的電腦節點9，包括自身的節點資料與透過任一相鄰的電腦節點9所接收到的其他電腦節點9的節點資料；如此，每一第一主節點能儲存有自身所屬第一環狀拓撲1的每一電腦節點9的節點資料。
類似地，在每一第二環狀拓撲2中，每一第一主節點定期地發送一資料要求給每一相鄰的第一主節點；每一第一主節點在接收到來自一相鄰的第一主節點的資料要求後，隨即回傳自身目前所儲存的所有節點資料給該相鄰的第一主節點，包括自身所屬的第一環狀拓撲1的任一電腦節點9的節點資料，與透過任一相鄰的第一主節點所接收到的其他電腦節點9的節點資料；如此，每一第二主節點能儲存有自身所屬第二環狀拓撲2所連接的四個第一環狀拓撲1的各個電腦節點9的節點資料。
類似地，在該第三環狀拓撲3中，每一第二主節點定期地發送一資料要求給每一相鄰的第二主節點；每一第二主節點在接收到來自一相鄰的第二主節點的資料要求後，隨即回傳自身目前所儲存的所有節點資料給該相鄰的第二主節點，包括自身所屬的第二環 狀拓撲2所連接的任一第一環狀拓撲1的任一電腦節點9的節點資料，與透過任一相鄰的第二主節點所接收到的其他電腦節點9的節點資料；如此，該第三主節點能接收到該六十四個電腦節點9的節點資料。
在每一第一環狀拓撲1中，可使每一節點資料包含一傳輸路徑長度，其中，每一節點資料的傳輸路徑長度為該節點資料在傳輸過程被傳送\接收的節點數量，當該第一主節點在一資料接收回合中從兩相鄰電腦節點9各自接收到同一電腦節點9的節點資料時，該第一主節點藉由判斷該些相應於同一電腦節點9的每一節點資料所分別對應的傳輸路徑長度，也就是該些相應於同一電腦節點9的節點資料被傳送到該第一主節點的過程中，進行傳送\接收的節點數量，以該些相應於同一電腦節點的節點資料被傳送至該第一主節點的傳輸路徑長度來判斷出該第一主節點從兩相鄰電腦節點9各自接收到相應於同一電腦節點9的節點資料中的一較新節點資料及一較舊節點資料，並丟棄該較舊節點資料，其中該較新節點資料的傳輸路徑長度小於該較舊節點資料的傳輸路徑長度。舉例來說，參閱圖3，電腦節點9b的節點資料可由「電腦節點9b→第一主節點9c」的路徑傳輸至第一主節點9c，即路徑長度為一個節點的長度，或「電腦節點9b→電腦節點9a→電腦節點9p→第一主節點9c」的路徑傳輸至第一主節點9c，即路徑長度為三個節點的長度。該第一主節點 9c若在一資料接收回合中各自從上述二路徑接收到電腦節點9b的節點資料，則以從路徑「電腦節點9b→第一主節點9c」所接收到的節點資料為該較新節點資料。
類似地，在每一第二環狀拓撲2中，當該第二主節點在一資料接收回合中從兩相鄰第一主節點各自接收到對應同一電腦節點9的節點資料時，該第二主節點藉由判斷該些對應同一電腦節點9的每一節點資料分別被傳送至該第二主節點的傳輸路徑長度來判斷出該第二主節點所接收到的相應於同一電腦節點9的節點資料中的該較新節點資料及該較舊節點資料，並丟棄該較舊節點資料，其中該較新節點資料的傳輸路徑長度小於該較舊節點資料的傳輸路徑長度，且每一節點資料的相對於該第二主節點的傳輸路徑長度為該節點資料在該第一環狀拓撲1中的傳輸路徑長度與在該第二環狀拓撲2中的傳輸路徑長度的總和。
類似地，在該第三環狀拓撲3中，當該第三主節點在一資料接收回合中從兩相鄰的第二主節點各自接收到同一電腦節點9的節點資料時，該第三主節點藉由判斷該些相應於同一電腦節點9的每一節點資料分別被傳送至該第三主節點的傳輸路徑長度來判斷出該第三主節點所接收的該些相應於同一電腦節點9的節點資料中的該較新節點資料及該較舊節點資料，並丟棄該較舊節點資料，其中該較新節點資料的傳輸路徑長度小於該較舊節點資料的傳輸路 徑長度，其中，每一節點資料傳送至該第三主節點的傳輸路徑長度為該節點資料在該第一環狀拓撲1中的傳輸路徑長度、在該第二環狀拓撲2中的傳輸路徑長度，及在該第三環狀拓撲3中的傳輸路徑長度的總和。
此外，在另一實施方式中，也可使每一節點資料包含一時間戳，如此，當該第三主節點在一資料接收回合中從兩相鄰的第二主節點各自接收到同一電腦節點9的節點資料時，該第三主節點能根據該二節點資料中的該等時間戳來判斷出該二節點資料中的該較新節點資料及該較舊節點資料。
特別地，與習知的環狀拓撲相較，多層的環狀拓撲架構縮短了網路拓撲中兩電腦節點的最大資料傳輸路徑長度。詳言之，對習知的由六十四個電腦節點所形成的環狀拓撲來說，兩電腦節點的最大資料傳輸路徑長度為三十二。而對本實施例的三層環狀拓撲架構來說，兩電腦節點的最大資料傳輸路徑長度為十。舉例來說，參閱圖3，資料傳輸路徑長度為十的路徑有：「電腦節點9a→電腦節點9b→電腦節點9c→電腦節點9d→電腦節點9e→電腦節點9f→電腦節點9g→電腦節點9h→電腦節點9i→電腦節點9j→電腦節點9k」。此外，任一電腦節點9與管理、監控整個系統的該第三主節點的最大資料傳輸路徑長度為六，例如路徑「電腦節點9a→電腦節點9b→電腦節點9c→電腦節點9d→電腦節點9e→電腦節點9f→電 腦節點9g」。
雖然本實施例中以三層環狀拓撲來說明本發明電腦叢集系統的多層環狀拓撲架構，但本案所屬技術領域的具有通常知識者應可由上述說明理解到該多層環狀拓撲的層數可不限於三，也可為二、四或更大的數值。此外，假若該電腦叢集系統的電腦節點的總數量為NK，其中N為每一層中的單一個環狀拓撲的電腦節點的數量，且K為層數，則兩電腦節點的最大資料傳輸路徑的長度為“N÷2+N×(K-1)”，且任一電腦節點與管理、監控整個系統的電腦節點的最大資料傳輸路徑長度為“N÷2×K”。
本發明電腦叢集系統的多層環狀拓撲架構可應用於一機架式電腦叢集系統(rack server cluster system)，其中每一電腦節點包含一基板管理控制器(baseboard management controller,BMC)，該基板管理控制器用於監控該電腦節點的運作狀況，例如監控該電腦節點當前的CPU溫度、記憶體溫度等等。該機架式電腦叢集系統設置有多個外部風扇，且需要根據各個電腦節點的包含CPU溫度、記憶體溫度等數據的節點資料來控制個別風扇的轉速。
在習知的環狀拓撲架構中，任一電腦節點與負責監控整個系統的電腦節點的最大資料傳輸路徑為電腦節點數量的二分之一，所以當電腦節點數量過多時，負責監控整個系統的電腦節點容易因為需耗費過多時間來收集所有電腦節點的溫度數據，而無法即 時地根據所有電腦節點的溫度數據來控制該等風扇的轉速。
與習知的環狀拓撲相較，在本發明的多層環狀拓撲架構中，任一電腦節點與負責監控整個系統的電腦節點的最大資料傳輸路徑長度相對小許多，因此負責監控整個系統的電腦節點收集所有電腦節點的溫度數據所需耗費的時間相對較少許多。以六十四個電腦節點為例，習知的環狀拓撲的該最大資料傳輸路徑長度為三十二，而三層環狀拓撲的該最大資料傳輸路徑長度為六，所以三層環狀拓撲在收集所有電腦節點的溫度數據上的效率明顯高於習知的環狀拓撲。因此，與習知的環狀拓撲相較，本發明的多層環狀拓撲更能達成即時地根據所有電腦節點的溫度數據來控制該等風扇的轉速的功效。
綜上所述，本發明電腦叢集系統，藉由多層環狀拓撲連接所有的電腦節點，可不需一額外的電腦節點來管理整個系統，且與習知的環狀拓撲相較，有較高的資料傳輸效率，更能滿足即時性的資料傳輸需求，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (5)

  1. 一種電腦叢集系統，包含：多個電腦節點，被劃分成多個群組，每一群組包含多個共同形成一第一環狀拓撲的電腦節點，每一第一環狀拓撲的該等電腦節點的其中一者為一對應自身所屬第一環狀拓撲的第一主節點，且該等第一主節點共同形成一第二環狀拓撲，該等第一主節點的其中一者為一對應該第二環狀拓撲的第二主節點，其中每一電腦節點具有一節點資料，在每一第一環狀拓撲中，該第一主節點透過與該第一主節點相鄰的兩電腦節點接收自身所屬第一環狀拓撲的其他電腦節點的節點資料，且該第二主節點透過與該第二主節點相鄰的兩第一主節點接收不同於自身所屬第一環狀拓撲的其他第一環狀拓撲的電腦節點的節點資料，其中當該第二主節點在一資料接收回合中從兩相鄰的第一主節點各自接收到同一電腦節點的節點資料時，該第二主節點藉由判斷該些相應於同一電腦節點的每一節點資料的相對於該第二主節點的傳輸路徑長度來判斷出該些節點資料中的一較新節點資料及一較舊節點資料，其中該較新節點資料的傳輸路徑長度小於該較舊節點資料的傳輸路徑長度，且每一節點資料的相對於該第二主節點的傳輸路徑長度為該節點資料在該第一環狀拓撲中的傳輸路徑長度與在該第二環狀拓撲中的傳輸路徑長度的總和。
  2. 一種電腦叢集系統，包含：多個電腦節點，被劃分成多個群組，每一群組包含多個共同形成一第一環狀拓撲的電腦節點，每一第一環狀拓撲的該等電腦節點的其中一者為一對應自身所屬第一環狀拓撲的第一主節點，且該等第一主節點共同形成一第二環狀拓撲，該等第一主節點的其中一者為一對應該第二環狀拓撲的第二主節點，其中每一電腦節點具有一節點資料，在每一第一環狀拓撲中，該第一主節點透過與該第一主節點相鄰的兩電腦節點接收自身所屬第一環狀拓撲的其他電腦節點的節點資料，且該第二主節點透過與該第二主節點相鄰的兩第一主節點接收不同於自身所屬第一環狀拓撲的其他第一環狀拓撲的電腦節點的節點資料，其中每一節點資料包含一時間戳，當該第二主節點在一資料接收回合中從兩相鄰的第一主節點各自接收到同一電腦節點的節點資料時，該第二主節點根據該些節點資料中的該些時間戳來判斷出該些節點資料中的一較新節點資料及一較舊節點資料。
  3. 如請求項1或2所述的電腦叢集系統，其中在每一第一環狀拓撲中，每一電腦節點定期地發送一資料要求給每一相鄰的電腦節點，每一電腦節點在接收到來自一相鄰的電腦節點的資料要求後，回傳自身已儲存的所有節點資料給該相鄰的電腦節點，在該第二環狀拓撲中，每一第一主節點定 期地發送一資料要求給每一相鄰的第一主節點，每一第一主節點在接收到來自一相鄰的第一主節點的資料要求後，隨即回傳自身所儲存的所有節點資料給該相鄰的第一主節點。
  4. 如請求項1所述的電腦叢集系統，其中每一電腦節點的該節點資料包含該相對於該第二主節點的傳輸路徑長度，且該傳輸路徑長度為該節點資料被傳送到該第二主節點的過程中，進行傳送及/或接收的節點數量。
  5. 如請求項1或2所述的電腦叢集系統，其中該節點資料包含該電腦節點的一監控資訊。
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