信息處理設(shè)備、信息處理方法、記錄介質(zhì)、計算處理設(shè)備、計算處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息處理裝置、信息處理方法、記錄介質(zhì)、計算處理裝置和計算處理方法，特別涉及用于通過多個處理器進(jìn)行并行計算的信息處理裝置、信息處理方法、程序、計算處理裝置和計算處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知NUMA(非統(tǒng)一存儲器存取)型并行計算機，其中，多個節(jié)點通過互連連接起來，每個節(jié)點包括處理器-存儲器對。NUMA型并行計算機是在存取屬于處理器的節(jié)點的本地存儲器和存取屬于另一節(jié)點的遠(yuǎn)程存儲器之間具有非統(tǒng)一存取成本的系統(tǒng)。
[0003]已知的這樣的并行計算機的示例是這樣的，其包括多個簇，簇有一個或多個處理器和一個或多個處理器所使用的主存儲器構(gòu)成，其中，處理器的虛擬空間的一部分具備在實際存儲器中駐留的通信區(qū)域。該并行計算機可以降低處理器之間的數(shù)據(jù)通信的開銷(PTL
Do
[0004]已知的另一示例是具有控制節(jié)點和計算節(jié)點的計算機系統(tǒng)，其中，計算節(jié)點可以被配置為僅執(zhí)行遠(yuǎn)程處理(PTL 2)。
[0005][引用列表]
[0006][專利文獻(xiàn)]
[0007][PTL I]日本待審專利申請公開N0.06-019856
[0008][PTL 2]日本待審專利申請公開N0.10 2008-165318

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009][技術(shù)問題]
[0010]通常，中斷處理發(fā)生在這樣的并行計算機上，由來自諸如操作系統(tǒng)(OS)的系統(tǒng)控制程序的干擾(例如計時器中斷)引起。這可能導(dǎo)致應(yīng)用在各節(jié)點間運行的非統(tǒng)一速度。因此，處理器可能需要等待與其他處理器同步，從而導(dǎo)致被稱為OS抖動的問題，其減慢了并行程序的執(zhí)行。
[0011]此外，應(yīng)用程序不使用的一些數(shù)據(jù)可能由于發(fā)生在諸如內(nèi)核處理的OS處理期間的存儲器存取而存儲在緩存中。結(jié)果，要由應(yīng)用程序使用的任何數(shù)據(jù)可能被從緩存驅(qū)逐出來，這是給稱為緩存污染的問題。
[0012]這樣的問題的解決方案可以包括，例如，限制對稱多處理器(SMP)計算機上的鎖以限制執(zhí)行系統(tǒng)呼叫的處理器或者使用基于微內(nèi)核的分布式OS。但是，這些方法，即傳送(卸載)OS功能的權(quán)力從一個節(jié)點到另一個，需要專用于要被連接的每個輸入/輸出(I/O)設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)。常規(guī)上，這使得難以支持各種設(shè)備。
[0013]—種緩解這個問題的替換方式可以利用加速計型計算機。但是，OS不在加速計型計算機上運行。出于這個原因，加速計型計算機不具備通過廣泛傳播的編程語言(例如C語言)匯編的API(應(yīng)用編程接口)(例如POSIX(用于UNIX(注冊商標(biāo))API的便攜操作系統(tǒng)接口))，并且因此沒有執(zhí)行基本系統(tǒng)控制的能力。因此，對于加速計型計算機，必須使用專用語言來開發(fā)，這使得難以利用現(xiàn)有編程資產(chǎn)。此外，編程資產(chǎn)的優(yōu)化可能有時具有困難。
[0014]降低OS開發(fā)成本的技術(shù)可能包括通過使用虛擬機的虛擬化。例如，開發(fā)OS或設(shè)備驅(qū)動的需要可以通過引入虛擬機模擬商品架構(gòu)為與商品架構(gòu)不同的計算機架構(gòu)來消除。通常，虛擬機比典型OS簡單。因此，引入虛擬機被認(rèn)為獲得了開發(fā)成本上的降低。但是，基于虛擬機的虛擬化由于通過虛擬機的模擬而造成了開銷。此外，基于虛擬機的虛擬化沒有提供對OS抖動和緩存污染的上述問題的解決方案。
[0015]如上所見，并行計算機形成了OS抖動和緩存污染的問題。解決這些問題的努力常規(guī)地會造成其他問題，諸如多樣性的損失以及開發(fā)成本的增加。
[0016]因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于，提供一種信息處理裝置，其提供對上述問題的解決方案:并行計算機中的OS抖動和緩存污染以及多樣性損失和開發(fā)成本增加。
[0017][問題的解決方案]
[0018]為了獲得目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的信息處理裝置包括控制核心，在其上安裝操作系統(tǒng)；以及至少一個計算核心，其由控制核心來控制且執(zhí)行預(yù)定計算處理。所述控制核心包括計算核心控制部件，用于指令停止中的計算核心開始要由計算核心執(zhí)行的計算處理。以及，所述計算核心包括:計算處理控制部件，用于控制計算核心，使得計算核心響應(yīng)于指令開始計算處理，所述指令由計算核心控制部件提供以開始計算處理；以及例外檢測部件，用于檢測在執(zhí)行計算處理期間發(fā)生的預(yù)設(shè)例外處理并且停止發(fā)生例外處理的計算處理。
[0019]根據(jù)本發(fā)明另一方面的計算機可讀記錄介質(zhì)存儲用于包括信息處理裝置的計算機的程序，所述信息處理裝置包括:控制核心，在其上安裝操作系統(tǒng)；以及至少一個計算核心，其由控制核心來控制且執(zhí)行預(yù)定計算處理。所述程序使得計算機執(zhí)行:計算核心控制處理，用于指令停止中的計算核心開始要由計算核心執(zhí)行的計算處理;計算處理控制處理，用于控制計算核心，使得計算核心響應(yīng)于指令開始計算處理，所述指令用來開始計算處理；以及例外檢測處理，用于檢測在執(zhí)行計算處理期間發(fā)生的預(yù)設(shè)例外處理并且停止發(fā)生例外處理的計算處理的執(zhí)行。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的信息處理方法包括:由計算核心響應(yīng)于由控制核心提供的開始計算處理的指令而開始預(yù)定的計算處理；以及當(dāng)在執(zhí)行由計算核心執(zhí)行的計算處理期間發(fā)生預(yù)設(shè)例外處理時，由計算核心檢測例外處理，并且由計算核心停止發(fā)生了例外處理的計算處理。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的計算裝置是一種計算處理裝置，其在外部裝置的控制下執(zhí)行預(yù)定計算處理，所述計算處理裝置包括:計算處理控制部件，用于控制計算處理裝置，使得計算處理裝置響應(yīng)于指令開始計算處理，所述指令由外部裝置提供用來開始計算處理；以及例外檢測部件，用于檢測在執(zhí)行計算處理期間發(fā)生的預(yù)設(shè)例外處理并且停止發(fā)生例外處理的計算處理的執(zhí)行。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的計算機可讀存儲介質(zhì)存儲使得計算處理裝置執(zhí)行以下處理的程序:計算處理控制處理，用于控制計算處理裝置，使得計算處理裝置響應(yīng)于指令開始計算處理，所述指令由外部裝置提供用來開始計算處理；以及例外檢測處理，用于檢測在執(zhí)行計算處理期間發(fā)生的預(yù)設(shè)例外處理并且停止發(fā)生例外處理的計算處理的執(zhí)行。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的計算處理方法包括:響應(yīng)于指令而開始預(yù)定的計算處理，所述指令由外部裝置提供用來開始計算處理；以及當(dāng)在執(zhí)行計算處理期間發(fā)生預(yù)設(shè)例外處理時，檢測例外處理并且停止發(fā)生了例外處理的計算處理。
[0024][發(fā)明的有益效果]
[0025]通過上述的配置，本發(fā)明可以提供廉價且通用的信息處理裝置，其解決了OS抖動和緩存污染的問題。
【附圖說明】
[0026]圖1是圖示說明第一示例實施例中考慮的并行計算機的配置的框圖。
[0027]圖2是圖示說明根據(jù)第一示例實施例的并行計算機的配置的框圖。
[0028]圖3是圖示說明在圖2中描繪的計算節(jié)點中包括的計算核心的配置的框圖。
[0029]圖4是圖示說明圖2中描繪的代理處理的配置的功能框圖。
[0030]圖5是示出根據(jù)第一示例實施例的處理關(guān)聯(lián)表中存儲的映射數(shù)據(jù)的示例的表。
[0031]圖6是示出根據(jù)第一示例實施例的計算處理DB中存儲的數(shù)據(jù)的示例的表。
[0032]圖7是示出第一實施例中在計算處理從其開始到其結(jié)束期間所需要的操作具有怎樣效果的流程圖。
[0033]圖8是示出當(dāng)開始計算處理時執(zhí)行的操作的流程圖。
[0034]圖9是示出當(dāng)停止計算處理的執(zhí)行時所執(zhí)行的操作的流程圖。
[0035]圖10是示出當(dāng)處理計算處理上發(fā)生的例外時執(zhí)行的操作的流程圖。
[0036]圖11是示出當(dāng)計算處理需要OS服務(wù)時執(zhí)行的操作的流程圖。
[0037]圖12是示出當(dāng)計算處理到計算核心的分配改變時執(zhí)行的操作的流程圖。
[0038]圖13是當(dāng)終止計算處理時執(zhí)行的操作的流程圖。
[0039]圖14是圖示說明根據(jù)第二示例實施例的信息處理裝置的配置的框圖。
[0040]圖15是圖示說明根據(jù)第三示例實施例的信息處理裝置的通用配置的框圖。
[0041]圖16是圖示說明根據(jù)第四示例實施例的計算處理裝置的通用配置的框圖。
[0042]具體所述方式
[0043]〈示例實施例1>
[0044]現(xiàn)在將結(jié)合圖1到13來描述本發(fā)明的第一示例實施例。圖1是圖示說明第一示例實施例中考慮的并行計算機I的配置的框圖。圖2是圖示說明根據(jù)第一示例實施例的并行計算機I的配置的框圖。圖3是圖示說明在計算節(jié)點6中包括的計算核心611的配置的框圖。圖4是圖示說明代理處理511的配置的功能框圖。圖5是示出處理關(guān)聯(lián)表522中存儲的映射數(shù)據(jù)的示例的表。圖6是示出計算處理DB 521中存儲的數(shù)據(jù)的示例的表。圖7是示出第一實施例中在計算處理從其開始到其結(jié)束期間所需要的操作具有怎樣效果的流程圖。圖8到13是示出計算處理從其開始到其結(jié)束期間所需的操作的流程圖。
[0045](配置)
[0046]作為第一示例實施例，現(xiàn)在將描述具有NUMA型存儲器的并行計算機I。術(shù)語NUMA代表這樣的配置，其中多個節(jié)點每個由存儲器-處理器對構(gòu)成，互相通過互連而鏈接。根據(jù)本示例實施例的并行計算機I可以用于例如高性能計算(HPC)的領(lǐng)域中。
[0047]首先，結(jié)合圖1來描述根據(jù)本示例實施例的并行計算機I的基本配置。如圖1中所圖示，本示例實施例的并行計算機I包括節(jié)點2和節(jié)點3。節(jié)點2包括中央處理單元(CPU)21、存儲器22和數(shù)據(jù)傳送電路23。節(jié)點3包括CPU 31、存儲器32和數(shù)據(jù)傳送電路33。節(jié)點2包括CPU31、存儲器32和數(shù)據(jù)傳送點路33。節(jié)點2和3經(jīng)由節(jié)點間通信設(shè)備4(包括數(shù)據(jù)傳送電路的一部分)互相通信連接。
[0048]根據(jù)本示例實施例的并行計算機I中包括的節(jié)點2和3分別被配置為包括CPU(21或31)、存儲器(22或32)和數(shù)據(jù)傳送電路(23或33)。節(jié)點2和3每個以相同方式配置。因此，下面描述了怎樣配置節(jié)點2。
[0049]應(yīng)該注意的是，盡管在本示例實施例中所述的并行計算機I包括兩個節(jié)點，根據(jù)本示例實施例的并行計算機I可以被配置為包括兩個或更多的節(jié)點。此外，節(jié)點可以利用不同的架構(gòu)，諸如x86和ARM(注冊商標(biāo))。
[0050]CPU 21被配置為包括一個或多個處理器核心。在本示例實施例中，CPU 21包括多個處理器核心，即處理器核心211、212、……和21m(其中m是自然數(shù))，所有都在下文中被稱為處理器核心211(除非個別標(biāo)識)。每個處理器核心211包括到/來自存儲器22和數(shù)據(jù)傳送電路23的通信路徑。換句話說，CPU 21中包括的每個處理器核心211被配置為能夠與存儲器22和與數(shù)據(jù)傳送電路23通信。
[0051 ] 存儲器22存儲數(shù)據(jù)、要執(zhí)行的程序等。存儲器22由包括在CPU 21中的多個處理器核心211(相同節(jié)點中的處理器核心)共享。根據(jù)本示例實施例的存儲器22被配置為半導(dǎo)體存儲器的形式，諸如隨機存取存儲器(RAM)。
[0052]數(shù)據(jù)傳送電路23被配置為包括兩個功能，即直接存儲器存取(DMA)引擎功能231和(PU定向通信功能232AMA引擎功能231是將CPU 21旁路而存取存儲器22的功能。CPU定向通信功能232是存取CPU 21上的寄存器和其他資源的功能。換句話說，數(shù)據(jù)傳送電路23包括通過將CPU 21旁路而存取存儲器22的功能和存取CPU 21上的寄存器和其他資源的功能。注意，CPU定向的通信功能232可以被配置為允許CPU 21上的寄存器和其他資源分配到DMA引擎功能231將進(jìn)行存取的存儲器空間。
[0053]以上描述了根據(jù)本示例實施例的并行計算機I中包括的節(jié)點2的配置。如上所述，節(jié)點3以與節(jié)點2相同的方式而配置。也就是，節(jié)點3包括CPU 31、存儲器32和數(shù)據(jù)傳送電路33oCPU 31包括多個處理器核心，即處理器核心311、312、……和31m(所有都在下文中被稱為處理器核心311，除非個別標(biāo)識)。數(shù)據(jù)傳送電路33包括DMA引擎功能331和CPU定向的通信功能332。每個配置的細(xì)節(jié)已經(jīng)關(guān)于節(jié)點2進(jìn)行了描述且因此在此忽略。
[0054]如上所述，節(jié)點2和3經(jīng)由節(jié)點間通信設(shè)備4相互通信連接。節(jié)點間通信設(shè)備4可以通過例如具有DMA功能(諸如PCI (外圍部件互連)快連或InfiniBand)或遠(yuǎn)程DMA(RDMA)功能的互連以及通過傳輸線來實現(xiàn)。
[0055]在本示例實施例中，并行計算機I中包括的多個節(jié)點通過稱呼一個節(jié)點為“控制節(jié)點”而稱呼任何其他節(jié)點(控制節(jié)點以外的任何節(jié)點)為“計算節(jié)點”來區(qū)分。換句話說，根據(jù)本示例實施例的并行計算機I由一個控制節(jié)點和一個或多個計算節(jié)點構(gòu)成。此外，在根據(jù)本示例實施例的并行計算機I中，控制節(jié)點具有OS功能而計算節(jié)點不具有OS功能。
[0056]像一般OS—樣，控制節(jié)點具有在計算節(jié)點上部署多個處理以同時執(zhí)行計算處理的性能。由控制節(jié)點在計算節(jié)點上部署的處理在下文中被稱為計算處理。如稍后所述，計算處理在開始在計算節(jié)點上運行的應(yīng)用程序時生成且隨后在終止程序的執(zhí)行時被丟棄。
[0057]下面提供了對參考圖2的并行計算機I的詳細(xì)描述，假設(shè)圖1中的節(jié)點2和3分別是控制節(jié)點5和計算節(jié)點6，構(gòu)成并行計算機。在下面的描述中，計算節(jié)點6上的處理器核心311被稱為計算核心。
[0058]首先，下面描述的計算節(jié)點的配置并不是如上所述運行在計算節(jié)點6上(其中沒有安裝OS)。如稍后討論的，根據(jù)本示例實施例的并行計算機I被配置為使得沒有運行OS的計算節(jié)點6可以利用通用計算機實現(xiàn)的計算模型。換句話說，計算節(jié)點通過經(jīng)由節(jié)點間通信設(shè)備4發(fā)送數(shù)據(jù)到控制節(jié)點5/從控制節(jié)點5接收數(shù)據(jù)，來獲取功能，替換由一般OS所提供的服務(wù)。
[0059]本示例實施例的計算節(jié)點6(其對應(yīng)于圖1中的節(jié)點3)被配置為包括CPU31、存儲器32和數(shù)據(jù)傳送電路33，如上所述(參見圖1hCPU 31被配置為包括多個處理器核心311。計算節(jié)點6包括多個計算核心611、612、……和61m(所有都在下文被稱為計算核心611，除非個別標(biāo)識)，如圖2中所圖示。
[0060]如上面的描述，圖2中的多個計算核心611與圖1中的它們的對應(yīng)處理器核心311(計算節(jié)點6上的處理器核心311被稱為計算核心611，如上所述)是相同的。也就是，計算節(jié)點6中包括的CPU 31被配置為包括多個計算核心611。多個計算核心611中的每個被配置為能夠與存儲器32通信以及與數(shù)據(jù)傳送電路33通信。注意，可能只存在一個處理器核心311，如上所述。也就是，計算核心