一种分布式存储器共享管理方法技术

本发明专利技术涉及计算机体系结构、分布式计算机系统、并行处理和计算机操作系统，特别涉及对以ＭＩＭＤ方式工作的多计算机系统分布式存储管理方法，本发明专利技术基于由总线桥连接构成的并行计算机系统的硬件基础，采用既不同于全局共享存储器，也不同于通常ＤＳＭ的存储管理方法，形成一个称为存储器共享窗的新的存储管理方法，使由多计算机系统的耦合度可以通过设置参数α、β的方法进行调节，提高系统的整体性能。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机体系结构、分布式计算机系统、并行处理和计算机操作系统，特别涉及对以MIMD方式工作的多计算机系统分布式存储管理方法。本专利技术的技术背景。首先简要介绍共享存储器与消息传递(massage-passing)的概念。松散耦合与紧密耦合多机系统是MIMD系统的两大分支，其划分的标准即是否具有共享存储器。紧密耦合系统一般指具有共享存储器的多处理机系统，松散耦合系统则指以message-passing方式运行的多计算机系统。最近几年内的研究结果表明，这两类系统的划分不再那么绝对。多机系统的一种存储管理方式是通过系统全局共享存储器形成处理机间的紧密耦合。一般，共享存储器的多处理机系统允许多个处理机在一个单一的全局地址空间内访问存储器。为了支持多个处理机对存储器的同时访问，存储器通常在物理上分成若干存储单元，或称存储模块，这些存储单元通过开关网络与多个处理机相连，使得一些并发的存储器访问请求能同时被服务。为了减少通过开关网络访问存储器的延时，共享存储器的处理机往往带有局部存储器或高速缓冲存储器，局部存储器中存放最近使用的全局变量的副本。系统必须提供存储器一致性的保障机制，使得局部存储器内的副本与全局存储器内的内容保持一致。尽管存储单元在物理上是独立的模块，但在逻辑上，它们构成一个单一的全局地址空间。共享存储器比massage-passing能够更有效地支持并行计算和并行程序的编制。多机系统的另一种存储管理方法是分布式共享存储器DSM。从存储体系的角度看，基于massage-passing的多计算机系统具有分布式的存储器体系结构，每个结点具有彼此独立的存储管理机构和管理策略，共享的数据经过通讯机构在结点的存储器之间传递。分布式共享存储器DSM是近几年发展的一种新的多计算机系统存储器组织方法。DSM体系中没有可被所有结点机访问的物理共享存储器。在结点计算机中，处理器与一个在物理上与其它存储模块分离，在逻辑上自有的存储器相连。通常不存在一个全局的地址空间。共享虚拟存储器是系统中所有处理器共享的一个唯一的地址空间。任何一个位于系统中的处理器可以直接存取这个唯一的地址空间中任意的存储位置。每个处理器将与已相连的本地存储器视为一个物理上并不存在的、共享的、虚拟存储器序列的高速缓存。多计算机的机间进程通过发送和接收共享的数据信息实现协作。在以页式管理为基础的共享存储器系统中，需要考虑如下的几个问题.远程调页与单机的虚拟存储体系不同，在分布式共享存储体系中，当发生页面访问错时，所需的页面不但可能在磁盘中，还可能在其它计算机的局部存储器中。.页面定位DSM系统必需设法使系统内每个计算机知道它们所需的页面在系统中的位置。.存储一致性由于DSM在松散耦合的计算机系统中支持存储器的共享，于是面临类似于多处理机系统中的多cache一致性问题。.页面活动的时机页面活动包括页面的复制，迁移和失效标注。对页面活动的有效组织与管理是使DSM系统提高性能的重要手段。.页面的尺寸与传统的请求调页(paging-demand)一样，较大的页面能提供较高的命中率，但页面调动的开销相应也大。选择合适的DSM页面尺寸也是设计的重要研究内容。分布式共享存储器的参考文献有Fleisch，B.D.，在宽分布系统中的分布式共享内存(Distribued SharedMemory in a Loosely Couped Dis-tributed System.)Proc.Compcon 88，工程索引(IEEE)，第182-184页，1988年2月；Black，D.L.，Gupta，A.，Weber，W.-D.，分布式共享内存的竞争管理。(Competitive Management of Distributed Sharedmemory.)Proc.of Spring Compcon 88，工程索引(IEEE)，1988年；Li，K.，Hudak，P.，共享虚拟内存系统的内存一致性(Memory Coherenceof Shared VirtualMemory Systems.ACM Trans.on Computer System)，1989年7月，第321-359页；Ramachandran，H.，M.Ahamad，M.Y.A.Khalidi，分布共享内存的一致性同步和数据传输(Coherence of Distributed Shared memoryUnifyingSynchronizationand Data Transfer.)Proc.ofthe Intl.Conf.并行处理(Parallel Processing)，1989年8月，第160-169页等等。共享虚拟存储器的参考文献有Li，k.，IVY一种并行计算机的虚拟共享内存系统 (A Shared Virtual Memory System for ParallelComputing.)Proc.ofthe 1988 Intl.Conf.关于并行处理(Parallel Pro-cessing)1988年8月。全局共享存储管理方法和分布式共享存储管理方法DSM的比较见表1。表1两种存储管理方法比较 本专利技术的目的是提供一种针对多机系统中分布式存储体系的介于全局共享存储管理和分布共享存储管理之间的存储管理方法；称之为存储器共享窗(Memomry Shared Window)，简称MSW。它是一种用于在以总线桥网为基础的多计算机系统上构成分布式共享存储体系的存储器管理方法。MSW充分利用总线并行通讯所提供的条件，一方面支持类似于松散耦合计算机系统上的DSM的管理，另一方面能够在系统的局部实现真正的暂时存在的共享存储区域，所谓存储器共享窗映象区。本专利技术的技术方案是，其特征在于，(1)、以总线桥网为基础将若干台异构或者同构的独立的计算机连接成具有分布式共享存储体系的并行多计算机群系统，其连接方法是由安装在终端结点计算机TN内的结点互连适配器XBH将该TN的机内总线协议转换成一种中间协议——总线桥协议；由若干个具有多端口的互连开关SN和在不同SN端口间构成通路的电缆或者光缆相互连接构成总线桥网，每台终端计算机TN通过其上安装的结点互连适配器XBH上的BBP端口与一个SN上的一个端口连接，构成并行的多计算机系统；(2)、利用总线桥并行通讯协议所提供的条件，支持基于软件实现的分布式存储器的虚拟共享管理，即通过软件支持，形成系统中所有计算机共享的一个唯一的地址空间即共享虚拟存储器，任何一个位于系统中的计算机都可以直接存取这个唯一的地址空间中任意的存储位置，每个计算机通过虚拟共享存储器的映象可以实现对其他计算机内存的访问；(3)、在总线桥网连接的基础上能够根据进程的需要在已经建立起总线桥链路的两两终端结点TN之间建立、维持或撤消位于一个TN的内存中的共享存储器窗映象区MSW，在并行多计算机群系统的局部实现真正的、暂时存在的共享存储区域；MSW在空间上由两个部分组成第一部分是在创建MSW的计算机上的物理地址空间中有一个通过虚拟映象建立的子集，但该计算机中并没有与该子集对应的物理存储器件，第二部分由系统的互连网络和映象机构在其他计算机的局部存储空间中选取；创建MSW的计算机可以将对MSW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式存储器共享管理方法，其特征在于，（１）、以总线桥网为基础将若干台异构或者同构的独立的计算机连接成具有分布式共享存储体系的并行多计算机群系统，其连接方法是：由安装在终端结点计算机ＴＮ内的结点互连适配器ＸＢＨ将该ＴＮ的机内总线协议 转换成一种中间协议一总线桥协议；由若干个具有多端口的互连开关ＳＮ和在不同ＳＮ端口间构成通路的电缆或者光缆相互连接构成总线桥网，每台终端计算机ＴＮ通过其上安装的结点互连适配器ＸＢＨ上的ＢＢＰ端口与一个ＳＮ上的一个端口连接，构成并行的多计算机系统；（２）、利用总线桥并行通讯协议所提供的条件，支持基于软件实现的分布式存储器的虚拟共享管理，即通过软件支持，形成系统中所有计算机共享的一个唯一的地址空间即共享虚拟存储器，任何一个位于系统中的计算机都可以直接存取这个唯一的地址空间中任意 的存储位置，每个计算机通过虚拟共享存储器的映象可以实现对其他计算机内存的访问；（３）、在总线桥网连接的基础上能够根据进程的需要在已经建立起总线桥链路的两两终端结点ＴＮ之间建立、维持或撤消位于一个ＴＮ的内存中的共享存储器窗映象区ＭＳＷ，在 并行多计算机群系统的局部实现真正的、暂时存在的共享存储区域；ＭＳＷ在空间上由两个部分组成：第一部分是在创建ＭＳＷ的计算机上的物理地址空间中有一个通过虚拟映象建立的子集，但该计算机中并没有与该子集对应的物理存储器件，第二部分由系统的互连网络和映象机构在其他计算机的局部存储空间中选取；创建ＭＳＷ的计算机可以将对ＭＳＷ的访问映象到系统中所有其它计算机结点中允许共享的局部存储器中；（４）、ＭＳＷ的关闭方法可以是完成批量的数据存取后立即关闭；也可以采用下述方法关闭：在存取个别共享数 据后继续存在一个小的固定时间Δｔ，若在此时间内没有对ＭＳＷ的再次访问则关闭ＭＳＷ；若ＭＳＷ被再次访问，则它在该次访问后再延续一个Δｔ；（５）、通过软件程序实现页面定位，存储一致性的协同和页面活动时机的控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金利杰，李未，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]