[发明专利]基于通道交叠的容错mesh网避免死锁的路由方法

说明书

技术领域

基于通道交叠的容错mesh网死锁避免方法属于分布式高性能容错计算技术领域。

背景技术

在当今的实验用及商用的多计算机系统中，mesh网是一种被广泛利用的拓扑结构。k元n维mesh网是指一个n维的网格结构，在每一维上有k个结点。其中二维和三维的mesh网是多处理器网络最为常用的拓扑结构。多计算机系统的性能在最大程度上取决于系统中点到点的通讯方法的性能。因此，很有必要提出一些应用于mesh网的高性能的容错路由方法。

对于自适应的容错路由方法，通常需要将每条物理通道划分为一定数量的虚拟通道来实现死锁避免方法，通道上的物理资源(如缓存、带宽)会分配到各个虚拟通道之上。因此，实现死锁避免所需要虚拟通道个数成为影响路由方法资源利用效率的重要因素，使用更少的虚拟通道，可以使每条虚拟通道分配到更多的资源，提高方法效率，尤其是在物理资源比较有限的情况下；但是，更少的虚拟通道也会使得设计死锁避免方法的难度增加。

Linder和Harden将虚拟通道的概念扩展为虚拟子网，并将其用于实现自适性、容错性以及死锁避免。不同的虚拟子网中分配不同的虚拟通道，对于高维的mesh网所需的虚拟通道个数就变得相当大。Wu改进了mesh网中的虚拟子网方法，虚拟通道的个数等于mesh网的维数。相比前面的方法，虚拟通道个数已经大为减少。

Bappana和Chalasani提出了一种基于e-cube方法以及块状故障模型的容错路由方法。这种方法只需四条虚拟通道就可以实现mesh网中的完全自适应容错路由。然而，这几种方法的在建立故障块的时候都需要使一些非故障点失效，这样在三维以及更高维的网络中会导致很严重的计算能力的损失。

Puente等提出了一种名为气泡流控的容错路由方法，可以处理连通网络中任意数量的故障点，在出现故障的情况下，此方法对可用资源实行自动的重新配置。肖灿文等提出了一种将此流控方法改进为维度气泡流控方法，通过分析端口信约值和路由信息实现点点间的流控。Gomez等提出了一种通过选择中间节点而实现的两阶段容错路由方法，从源节点到中间节点和从中间节点到目标节点分别使用不同的虚拟子网，在每一子网内部使用Duato的完全自适应协议，两个子网使用相同的自适应虚拟通道，但使用不同的逃逸通道，在逃逸通道中的使用维序路由或者气泡流控，这种方法共需要三条虚拟通道。最近，Mejia等提出了一种用于mesh/torus网的确定性容错路由方法，这种方法采用了类似于不规则网络中的up^*/down^*路由的方法。

预置路径的方法最早应用于电路交换网中，消息在发送之前首先为之预留路径上的物理通道，这样做可以避免死锁的产生，但是会造成带宽的浪费以及延时的增加。吴洁提出了一种基于扩展安全级别的无死锁自适应容错方法，此方法在发送消息之前需要建立一个最短路径的区域，这是第一个基于有限全局安全性测度的容错路由方法。

块状故障模型是一样最为常用的故障模型，但是这种模型会使一些非故障节点失效。少数的故障节点可能会使很多甚至全部的非故障节点失效，这种现象在高维的网络中更为明显。Wang提出了最小连网部件故障模型的概念，对于平面的最小连网部件故障模型，每个节点在其所在每个平面内两份安全性信息。最小连网部件故障模型比块状模型使更少的非故障节点失效，可以更有效指导最短路径路由。三维的最小连网部件故障模型比平面最小连网部件故障模型使更少的非故障节点失效，但是对于本文中所使用的平面自适应路由，平面最小连网部件故障模型更为适用。向东等在每个平面内建立故障块，并使用扩展的局部可靠性信息，大大提高了路由方法的容错性能。

对于有故障的mesh网中非故障节点的安全性分类，许多方法都采用了如下的方法：一个节点如果有两个或两个以上的不同的维上有故障或不安全的邻居节点，则该节点被标记为不安全节点；否则，该节点为安全节点。节点一旦被标记为不安全，则会像故障节点一样完全失效，这样就会在很大程度上导致系统计算能力的降低。由以上方法建立的故障块是一系列的由故障点和失效的不安全节点构成的矩形区域，但实际上故障块内部的不安全节点在某些平面内仍然是具有路由能力的，可以作为消息的源结点或目标节点或者其它消息路由路径上的中间节点。在本文中，如果源节点到目标节点的路由路径长度等于两点之间的距离，并且路径上的节点均为非故障点，那么我们称此路径为最短可用路径。