TWI742774B - 運算系統及其主機資源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本發明為一種運算系統及其主機資源分配方法，其應用於一遠端主機連結複數個運算主機，且依據第一與第二運算模式區分為複數第一主機與複數第二主機，在該遠端主機接收到一運算任務後，即依據該運算任務與對應之一優先權重參數對該些運算主機進行評估，以產生一任務起始資料，而該遠端主機依據該任務起始資料設定該些第一主機或該些第二主機，以進行該運算任務，在設定該些第一主機或該些第二主機時，該遠端主機提供對應之系統映像資料至對應主機，且當該些第一主機或該些第二主機之分配額滿時，可將未分配額滿的運算主機轉換為補充主機，該遠端主機提供對應之映像資料至對應主機。

Description

運算系統及其主機資源分配方法
本發明係有關一種系統及其方法，尤其是一種運算系統及其主機資源分配方法，其提供高速運算平台分配第一運算模式與第二運算模式之主機。
—般來說，高速運算裝置利用網路或內部通信網路交換資料，使公司或組織經用戶端操作高速運算裝置以支援操作或向協力廠商提供運算服務，特別是，資料中心可能包括複數個互連的計算機系統，以向資料中心的使用者提供計算資源。為了提高資料中心之計算資源的利用率，脫離不開虛擬化技術，虛擬化技術是允許單一實體計算裝置託管至少一虛擬裝置，其中，該至少一虛擬裝置即為獨立計算裝置，以向資料中心的使用者提供顯示和操作。在虛擬化技術的情況下，單一個物理計算裝置可以動態方式創建、維持、 刪除或另外管理至少一虛擬機器。而從使用者可向資料中心請求電腦資源，包括單一個計算裝置或聯網計算裝置配置，並提供有數量不斷變化的虛擬機器資源。
在一般系統配置中，運算系統可以根據虛擬裝置之類型配置虛擬機器實例以提供特定運算服務功能。計算機架構在運算複雜度方面自具有單一核心之單一處理器發展至使用多核心處理器之聚集體的計算機架構，甚至是發展出使用圖形處理單元(GPU)作為高效能運算核心。另外，高效能計算(High Performance Computing，HPC)為利用複數個計算機作為計算群組，以根據各種計算資源拓撲及處理器架構來處置運算任務，高效能計算之相關執行緒作為「並列執行緒」，因而讓該些個計算機並行地處理。
然而，現今資料中心針對高效能計算並未能虛擬化計算與實體化計算兩種計算模式相互支援快速切換，且尚未支援虛擬化計算資源與實體化計算資源並存下的資源分配管理。如此現有技術對於同時支援虛擬化計算資源與實體化計算資源仍有不足。
基於上述之問題，本發明提供一種運算系統及其主機資源分配方法，其藉由運算任務排程時將對應之系統映像資料載入對應之執行運算任務的主機上，並依據運算任務設定成對應之運算模式下的第一主機或第二主機，以讓運算系統靈活運用於不同運算模式下。
本發明之主要目的，提供一種運算系統及其主機資源分配方法，其藉由遠端主機連結不同運算模式之運算主機，因而設定為複數個第一主機與複數個第二主機，並由遠端主機依據所接收之運算任務提供至對應之第一主機或第二主機，並對應提供系統映像，以用於快速載入運算任務至對應之主機中。
本發明之次要目的，提供一種運算系統及其主機資源分配方法，其藉由第一主機或第二主機之分配額滿時，將另一方未額滿之主機轉換為補充主機並提供對應之系統映像，以讓運算系統可控制運算主機快速切換運算模式並支援欲運算之運算任務。
本發明揭示了一種應用於一遠端主機資源分配複數個運算主機，該分配方法先由一用戶端裝置提供一運算任務至該遠端主機；接續由該遠端主機依據該運算任務對該些個運算主機之運算資源進行評估，以產生一任務起始資料； 然後由該遠端主機依據該任務起始資料判斷該些個運算主機之運算模式；當該任務起始資料對應一平行運算模式並進行排序時，該遠端主機提供一第一映像資料至該些個第一主機，使該些個第一主機載入該第一系統映像資料，以進行該運算任務，當該任務起始資料對應一邏輯運算模式並進行排序時，該遠端主機提供一第二映像資料至該些個第二主機，使該些個第二主機載入該第二系統映像資料，以進行該運算任務；其中，當該些個第一主機之一第一資源分配額滿時，該遠端主機切換部分該些第二主機為複數個第一補充主機，並提供該第一系統映像資料至該些個第一補充主機，使該些個第一補充主機載入該第一系統映像資料，當該些個第二主機之一第二資源分配額滿時，該遠端主機切換部分該些第一主機為複數個第二補充主機，並提供該第二系統映像資料至該些個第二補充主機，使該些個第二補充主機載入該第二系統映像資料。藉此，本發明讓該遠端主機連結不同運算模式之運算主機，以靈活執行不同運算模式並執行該運算任務之運算，且因第一主機或第二主機額滿時，更可將另一方尚未分配額滿之主機設定為補充主機，以進一步靈活分配運算主機於該運算任務之運算。
本發明提供一實施例，其中該些個運算主機為具運算能力之電子裝置，而具異質性硬體加速計算資源，且在一分散式運算架構中。
本發明提供一實施例，其中於該遠端主機依據該任務起始資料設定該些個第一主機或該些個第二主機之步驟中，當該任務起始資料對應該第二運算模式時，該遠端主機進一步傳送該任務起始資料至該些第二主機之一主控主機(Master node)；而該主控主機傳送該任務起始資料至一受控主機(slave node)；以及該遠端主機經該主控主機提供該第二系統映像資料至該受控主機，使該受控主機載入該第二系統映像資料。
本發明提供一實施例，其中於該遠端主機依據該運算任務與對應之一優先權重參數對該些個運算主機進行運算資源評估之步驟中，該遠端主機依據該運算任務對應之一佇列權重、一運算資源試驗參數、一運算模式與一維持運算參數進行計算而求得該優先權重參數。
本發明另揭示了一種運算系統，其包含複數個運算主機、一遠端主機與一用戶端裝置。該遠端主機連接該些個運算主機與一資料庫，以及該用戶端裝置連接該遠端主機，該用戶端裝置傳送一運算任務至該遠端主機，該遠端主機依據該運算任務評估該些個運算主機之運算資源，以產生一任務起始資料，該遠端主機依據該任務起始資料判斷該些個運算主機之運算模式，當該任務起始資料對應一平行運算模式時，該遠端主機提供一第一映像資料至該些個第一主機，當該任務起始資料對應一邏輯運算模式時，該遠端主機提供一第二映像資料至該些個第二主機，其中，當該些個第一主機之一第一資源分配資料額滿時，該遠端主機切換部分該些第二主機為複數個第一補充主機，並傳送該第一系統映像資料至該些個第一補充主機，當該些個第二主機之一第二資源分配資料額滿時，該遠端主機切換部分該些第一主機為複數個第二補充主機，並提供該第二系統映像資料至該些個第二補充主機。藉此，本發明讓該遠端主機連結不同運算模式之運算主機，以靈活執行不同運算模式並執行該運算任務之運算，且因第一主機或第二主機之一第二資源分配資料額滿時，更可將另一方尚未分配額滿之主機設定為補充主機，以進一步靈活分配運算主機於該運算任務之運算。
本發明提供另一實施例，其中該些個運算主機為具運算能力之電子裝置，而具異質性硬體加速計算資源，且在一分散式運算架構中。
本發明提供另一實施例，其中該些個第二主機為至少一主控主機與複數個受控主機，該遠端主機經該主控主機傳送該任務起始資料與該第二系統映像資料至該受控主機並載入。
本發明提供另一實施例，其中該遠端主機依據該運算任務對應之一佇列權重、一運算資源試驗參數、一運算模式與一維持運算參數進行計算而求得該優先權重參數。
本發明提供另一實施例，其中該些個運算主機分別為一具運算能力之主機，該主機設有一角色模組、一第一介面、一第二介面與一遠端介面。該角色模組設有一第一角色單元與一第二角色單元，該第一角色單元對應於該第一角色模式，該第二角色單元對應於該第二角色模式，該第一角色單元讀取該第一映像資料並載入，該第二角色單元；該第一介面連接該第一角色單元；而，該第二介面連接該第二角色單元；以及該遠端介面串接該第一介面與該第二介面，並連接該遠端主機
為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
有鑑於習知運算系統未能靈活分配虛擬化運算資源與實體化運算資源的問題，據此，本發明遂提出一種運算系統及其主機資源分配方法，以解決習知技術未能靈活分配運算資源的問題。
以下，將進一步說明本發明揭示一種運算系統及其主機資源分配方法所包含之特性、所搭配之結構：
首先，請參閱第一A圖，其為本發明之一實施例之流程圖。如圖所示，本發明之運算系統之主機資源分配方法，其步驟包含:
步驟S100: 用戶端裝置輸入運算任務至遠端主機；
步驟S110: 遠端主機依據運算任務與對應之優先權重參數對運算主機之運算資源進行評估，以產生任務起始資料；
步驟S120: 遠端主機依據任務起始資料判斷運算主機之運算模式；
步驟S130: 設定第一主機進行該運算任務之運算； 以及
步驟S140: 設定第二主機進行該運算任務之運算。
請一併參閱第二A圖至第二C圖，其為本發明之一實施例之步驟示意圖。本發明之運算系統1，其包含至少一用戶端裝置10、一遠端主機20與複數個運算主機30，用戶端裝置10經一網路NET連接至遠端主機20，且遠端主機20連接該些個運算主機30，該些個運算主機30為設置為一分散式運算架構CF，例如:伺服器牧場(server farm)，其中該些個運算主機30因其運算模式分為一第一運算模式M與一第二運算模式M2，例如:一平行運算模式與一邏輯運算模式，而分為複數個第一主機32與複數個第二主機34，本實施例係以該些個運算主機30分別為一具運算能力之電子裝置，由於現今運算能力不斷改進，不再僅是中央處理單元(CPU)提供運算資源，更可透過圖像處理單元(GPU) 提供運算資源，且更可進一步透過可編程邏輯閘陣列(FPGA)加速器提供運算資源，也就是說該些個運算主機30具異質性硬體加速運算資源，可提供使用者運算該些個運算資源，因此本發明運算主機30不侷限於電腦主機。此外，遠端主機20更可進一步連接至一資料庫40，資料庫儲存對應於第一主機32之第一系統映像(system image)資料與對應於第二主機34之第二系統映像資料，遠端主機20針對第一主機32與第二主機34之分配相對應具有一第一資源分配資料Q1與一第二資源分配資料Q2。
並請進一步參閱第三圖，每一運算主機30中包含一角色模組32A、一第一介面34A、一第二介面36A與一遠端介面38A，其中角色模組32A中設有一第一角色單元322A與一第二角色單元324A，第一角色單元322A連接第一介面34A，第二角色單元324A連接第二介面36A，第一介面34A與第二介面36A分別連接至遠端介面38A，運算主機30透過遠端介面38A連接至遠端主機20，本實施例之第一角色單元322A與第二角色單元324A分別為平行運算單元與虛擬化運算單元，因而讓第一介面34A與第二介面36A分別為平行介面與虛擬化介面，當運算主機30為第一主機32時，即第一角色單元322A主導運算任務，並調度運算主機30中的運算處理單元，例如:CPU、GPU，而當運算主機30為第二主機34時，即第二角色單元324A主導運算任務，並由第二角色單元324A調度運算主機30中的運算處理單元。遠端介面38A為回報運算主機30的負載狀態至遠端主機20。
於步驟S100中，使用者經使用一用戶端裝置10連接至遠端主機20，讓遠端主機20接收到來自使用者所輸入之運算任務J，因而讓遠端主機20進行統一排程作業，因而接續執行步驟S110。於步驟S110中，遠端主機20於統一排程的過程中依據運算任務J的運算內容與對應之一優先權重參數W進行分析，並針對該些個運算主機30進行評估，以確認運算任務J所對應之執行環境適合於第一運算模式或第二運算模式，因而產生對應之任務起始資料R，其中如第四圖所示，遠端主機20依據運算任務J對應之一佇列權重QW、一運算資源試驗參數P、一運算模式MD與一維持運算參數MC進行計算而求得該優先權重參數，佇列權重QW為進入遠端主機20佇列的權重參數，運算資源試驗參數P為對應於該些個運算主機30之運算資源的試驗性質參數，運算模式MD即為平行運算模式與邏輯運算模式，維持運算參數MC為對應於維持運算任務J的設定參數，遠端主機20依據運算任務J的運算內容，確認虛擬化運算模式是否適用，以讓運算系統1之運算資源可在較佳運用效率下提供運算服務，並進一步藉由優先權重參數W所對應之排序時間，當運算任務J所對應之優先權重參數W大於目前排序之所有任務時，遠端主機20接續於步驟S120中，優先排序運算任務J。
接續上述，於步驟S120中，遠端主機20依據步驟S110所產生之任務起始資料R判斷可派遣之運算主機對應的運算模式，即當任務起始資料R對應於第一主機32並進行排序時，遠端主機20判斷第一主機32中可供派遣之主機，而接續執行步驟S130，當任務起始資料R對應於第二主機34並進行排序時，遠端主機20判斷第二主機34中可供派遣之主機，接續執行步驟S140。於步驟S130中，遠端主機20自資料庫40中讀取第一系統映像資料IMG1至對應之第一主機32並同時傳送運算任務J至對應之第一主機32中，使第一主機32將第一系統映像資料IMG1載入，以用於進行運算任務J之運算。於步驟S140中，遠端主機20自資料庫40中讀取第二系統映像資料IMG2至對應之第二主機34中，使第二主機34將第二映像系統資料IMG2載入，以用於進行運算任務J之運算，其中進一步參閱第一B圖，步驟S140中包含:
步驟S142: 當任務起始資料對應第二運算模式並進行排序時，遠端主機進一步傳送任務起始資料至第二主機中之一主控主機(Master node)；
步驟S144: 主控主機傳送任務起始資料至第二主機中之一受控主機(slave node)；以及
步驟S146: 遠端主機經主控主機提供第二系統映像資料至受控主機，使受控主機載入第二系統映像資料。
於步驟S140中，進一步參閱第二C圖與第二D圖以及第三圖，遠端主機20判斷任務起始資料R對應第二運算模式M2，藉此遠端主機20將任務起始資料R傳送至第二主機34中的一主控主機342，其中第二主機34基於第二運算模式M2，本實施例之第二運算模式M2為邏輯運算模式，而如第二D圖中，第二主機34會劃分為至少一主控主機342與複數個受控主機344，即第二角色單元324中設定為主模式(Master mode)並以第二角色單元324主導運算任務，而其餘第二主機34為第二角色單元324設定從模式(Slave mode)並跟隨主控主機322的控制，而由主控主機342分配受控主機344所進行之運算任務，其中第二主機34為依據任務需求而設定至少一主控主機342，並對應設置複數個受控主機344，本實施例為以二主控主機342作為舉例，為說明第二主機34因任務需求而畫分二群組G1、G2。
復參閱第一B圖，接續於步驟S144中讓主控主機342將所接收到的任務起始資料R分配至其中至少一受控主機344，且接續於步驟S146中，遠端主機20即會將資料庫40中的第二系統映像資料IMG2經主控主機342傳送至受控主機344，藉此讓受控主機344執行對應之運算任務。
此外，復參閱第一A圖與第三圖，如第五圖所示，於步驟S120中，當遠端主機20判斷第一主機32之第一資源分配資料Q1額滿時，遠端主機20隨即確認第二主機34中閒置或即將閒置之主機，因而控制閒置之第二主機34轉換為第一補充主機32S，即運算主機30中的角色模組32轉為第一角色單元322主導運算任務，藉此讓遠端主機20將第一系統映像資料IMG1傳送至第一補充主機32S。如第六圖所示，於步驟S120中，當遠端主機20判斷第二主機34之第二資源分配資料Q2額滿時，遠端主機20隨即確認第一主機32中閒置或即將閒置之主機，因而控制閒置之第一主機32轉換為第二補充主機34S，即運算主機30中的角色模組32轉為第二角色單元324主導運算任務，藉此讓遠端主機20將第二系統映像資料IMG2傳送至第二補充主機34S。如此遠端主機20即可依據運算任務需求調整另一運算模式中的閒置或即將閒置之運算資源調整為對應之補充主機，以用於補充支援運算資源。
綜上所述，本發明之運算系統及其主機資源分配方法，其利用遠端主機連結至複數個運算主機’，並藉此劃分為第一主機與第二主機，以依據運算任務產生對應之任務起始資料，而指派至對應之主機，用於進行運算任務之運算任務。此外，第一主機與第二主機之間更可相互支援，使第一主機與第二主機之任務派遣更加靈活。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:運算系統 10:用戶端裝置 20:遠端主機 30:運算主機 32:第一主機 32A:角色模組 322A:第一角色單元 324A:第二角色單元 34A:第一介面 36A:第二介面 38A:遠端介面34第二主機 342:主控主機 344:受控主機 40:資料庫 CF:分散式運算架構 IMG1:第一系統映像資料 IMG2:第二系統映像資料 M1:第一運算模式 M2:第二運算模式 MC:維持運算參數 MD:運算模式 P:運算資源試驗參數 Q1:第一資源分配資料 Q2:第二資源分配資料 QW:佇列權重 S100-S146:步驟
第一A圖至第一B圖：其為本發明之一實施例之流程圖； 第二A圖至第二C圖： 其為本發明之一實施例之步驟示意圖； 第二D圖：其為第二C圖之第二主機之補充示意圖； 第三圖：其為本發明之一實施例之運算主機之方塊圖； 第四圖：其為本發明之一實施例之優先權重參數之示意圖； 第五圖：其為本發明之一實施例之產生第一補充主機之示意圖；以及 第六圖：其為本發明之一實施例之產生第二補充主機之示意圖。
S100-S140:步驟

Claims (9)

  1. 一種運算系統之主機資源分配方法，其應用於一遠端主機連結複數個運算主機，該分配方法之步驟包含：一用戶端裝置輸入一運算任務至該遠端主機；該遠端主機依據該運算任務與對應之一優先權重參數對該些個運算主機進行運算資源評估，以產生一任務起始資料；該遠端主機依據該任務起始資料判斷該些運算主機之運算模式與順序；以及當該任務起始資料對應一平行運算模式並進行排序時，該遠端主機提供一第一映像資料至部份該些運算主機而設定成複數個第一主機，或當該任務起始資料對應一邏輯運算模式並進行排序時，該遠端主機提供一第二映像資料至部份該些運算主機而設定成複數個第二主機，其中該邏輯運算模式係指虛擬化運算模式；其中，當該些個第一主機之一第一資源分配資料額滿時，該遠端主機切換部分該些第二主機為複數個第一補充主機，並提供該第一系統映像資料至該些個第一補充主機，使該些個第一補充主機載入該第一系統映像資料，當該些個第二主機之一第二資源分配資料額滿時，該遠端主機切換部分該些第一主機為複數個第二補充主機，並提供該第二系統映像資料至該些個第二補充主機，使該些個第二補充主機載入該第二系統映像資料。
  2. 如請求項1所述的運算系統之主機資源分配方法，其中該些個運算主機設置於一分散式運算架構中。
  3. 如請求項1所述的運算系統之主機資源分配方法，其中於該遠端主機依據該任務起始資料設定該些個第一主機或該些個第二主機之步驟中，包含： 當該任務起始資料對應該第二運算模式時，該遠端主機進一步傳送該任務起始資料至該些第二主機之一主控主機(Master node)；該主控主機傳送該任務起始資料至該些第二主機之一受控主機(slave node)；以及該遠端主機經該主控主機提供該第二系統映像資料至該受控主機，使該受控主機載入該第二系統映像資料。
  4. 如請求項1所述的運算系統之主機資源分配方法，其中於該遠端主機依據該運算任務與對應之一優先權重參數對該些個運算主機進行運算資源評估之步驟中，該遠端主機依據該運算任務對應之一佇列權重、一運算資源試驗參數、一運算模式與一維持運算參數進行計算而求得該優先權重參數。
  5. 一種運算系統，其包含：複數個運算主機；一遠端主機，連接該些個運算主機與一資料庫，該資料庫儲存一第一系統映像資料與一第二系統映像資料，該遠端主機依據一平行運算模式與一邏輯運算模式將該些個運算主機設定成複數個第一主機與複數個第二主機，其中該些個運算主機具異質性硬體加速計算資源，該邏輯運算模式係指虛擬化運算模式；以及一用戶端裝置，連接該遠端主機，傳送一運算任務至該遠端主機，該遠端主機依據該運算任務與對應之一優先權重參數評估該些個運算主機之運算資源，以產生一任務起始資料，該遠端主機依據該任務起始資料判斷該些個運算主機之運算模式與順序，當該任務起始資料對應該平行運算模式並進行排序時，該遠端主機提供一第一映像資料至該些個第一主機，當該任務起始資料對應該邏輯運算模式並進行排序時，該遠端主機提供一 第二映像資料至該些個第二主機，當該些個第一主機之一第一資源分配資料額滿時，該遠端主機切換部分該些第二主機為複數個第一補充主機，並傳送該第一系統映像資料至該些個第一補充主機，當該些個第二主機之一第二資源分配資料額滿時，該遠端主機切換部分該些第一主機為複數個第二補充主機，並提供該第二系統映像資料至該些個第二補充主機。
  6. 如請求項5所述的運算系統，其中該些個運算主機為具運算能力之電子裝置，且在一分散式運算架構中。
  7. 如請求項5所述的運算系統，其中該些個第二主機包含至少一主控主機與複數個受控主機，該遠端主機經該主控主機傳送該任務起始資料與該第二系統映像資料至該受控主機並載入。
  8. 如請求項5所述的運算系統，其中該遠端主機依據該運算任務對應之一佇列權重、一運算資源試驗參數、一運算模式與一維持運算參數進行計算而求得該優先權重參數。
  9. 如請求項5所述的運算系統，其中該些個運算主機分別設有：一角色模組，其設有一第一角色單元與一第二角色單元，該第一角色單元對應於該第一角色模式，該第二角色單元對應於該第二角色模式，該第一角色單元讀取該第一映像資料並載入，該第二角色單元具有：一第一介面，連接該第一角色單元；一第二介面，連接該第二角色單元；以及一遠端介面，串接該第一介面與該第二介面，連接該遠端主機。
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