基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法，它适用于支持多屏拼接显示的ＰＣ集群环境。由于最终显示区域由多个显示屏幕构成，传统基于屏幕图像空间划分的负载平衡算法受到制约。本发明专利技术基于节点迁移的负载平衡算法针对此类最终显示区域的划分基本固定的应用而设计，每个显示屏幕设定对应的动态绘制组，通过调整动态绘制组的计算能力来适应各显示屏幕区域内负载的变化，以此达到良好的负载平衡效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及并行图形绘制
，特别是涉及在PC集群环境下支持多屏拼接显示的基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法。
技术介绍
历经二十多年的高速发展，个人计算机(PC)的图形处理能力日益强大。当前，在PC集群上构建并行图形绘制系统，实现高性能图形绘制，具有高性价比、使用灵活、扩展性好等特点，成为并行绘制技术的研究热点。 在图形处理硬件高速发展的同时，显示设备的发展却相对落后，单个显示设备无法满足人们对大视野、高分辨率的视觉要求，因此将多个显示设备按照矩阵排列作为整体显示设备的多屏拼接显示技术得到应用。PC集群从硬件构成上非常适合支持多屏拼接显示，且在此环境下的并行图形绘制系统与各类应用日益普遍。 对于并行图形绘制系统而言，负载平衡问题是影响其整体性能的重要因素。传统负载平衡算法大多基于显示屏幕图像空间划分，根据划分是否可变，可分为静态算法和自适应算法。 静态算法将屏幕固定地划分为一些相等的显示子区域，子区域数目大于绘制服务器数。这些子区域间隔地分配给各绘制服务器，每个绘制服务器所负责的子区域既有屏幕中央部分又有边缘部分，使得各绘制服务器的负载趋向于平衡。而且屏幕划分越细各服务器越倾向于获得相同的负载。静态负载平衡算法具有简明、易实现和开销小的优点，但静态算法若想达到更好的平衡效果必须增加屏幕划分的子区域数，这增加了冗余处理的风险。 自适应性算法根据系统运行时图元在屏幕上的分布情况动态地确定屏幕划分方法，并且采用预测或者反馈的方式随时调整屏幕的划分以适应负载分布状态的变化。常见的自适应负载平衡算法包括1、 Roble算法先将屏幕划分为等于绘制服务器数目的子区域矩形块，并计算各矩形块中的负载，然后将负载轻的块合并，将负载重的块平分为二。 2、Whelan的median-cut算法以场景的质心作为负载的平衡点，通过递归地将每个屏幕块沿长边做剖分线将此屏幕块分为两个子块，直至子块数等于服务器数。3、 Whitman算法和MAHD算法先将屏幕划分为精细网格，然后按照场景图元在屏幕上的投影计算各网格的权重，最后精细网格按照权重任意组合为不同的屏幕划分方案。 无论是静态算法还是自适应算法，都需要对最终显示区域进行划分以确定各绘制服务器的绘制任务。但在支持多屏拼接显示的PC集群环境下，最终显示区域由多个显示设备构成，这些显示设备天然地将最终显示区域固定划分为多个显示子区域。在此硬件框架下，基于显示屏幕划分的负载平衡算法显然收到诸多约束，无法达到理想的负载平衡效果。当前，国内外还没有针对支持多屏拼接显示的PC环境下的并行图形绘制的负载平衡算法，本专利技术填补了这一空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在PC集群环境下支持多屏拼接显示的基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法。 本专利技术解决其技术问题采用的技术方案如下 —种基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法，包括 (1)动态绘制组的设定 传统并行绘制系统下，单个PC作为绘制功能单元，负载在独立的PC之间进行调整，多个PC通过主从关系进行逻辑组合为动态绘制组，组成多屏拼接显示中的每个屏幕都有不同的动态绘制组与之一一对应，动态绘制组内至少有一个主节点，由连接有显示设备的PC节点担任，主节点在动态绘制组中处于主导地位，动态绘制组还包括若干从节点，从节点由集群中除主节点之外的其它PC节点担任，根据需要分配到各动态绘制组，帮助主节点完成各动态绘制组的绘制任务； (2)从节点迁移 在并行绘制系统初始运行状态下，动态绘制组内只有一个主节点，其他所有从节点归入后备资源，由一个单独的控制节点进行维护，在并行绘制系统运行时，各动态绘制组的主节点实时计算所在显示屏幕内的绘制任务，根据需要向控制节点申请从节点，或者将从节点从动态绘制组移出重归入后备资源，负载越重的动态绘制组所获得的从节点数目越多，随着绘制进程中场景在各显示屏幕范围内分布状态的变化，各从节点与动态绘制组的从属关系也不断改变，从节点迁移； (3)负载平衡算法的实现，包括以下步骤 —、根据多屏拼接显示的设置和绘制任务基本情况设定动态绘制组主节点和从节点，并计算单个节点的负载上限和负载下限参数； 二、开始绘制，各主节点扫描本动态绘制组负责显示范围内的绘制任务，若动态绘制组内的从节点的平均负载超过了负载上限，则向控制节点申请新的从节点；若平均负载低于负载下限，则将部分从节点移出本动态绘制组； 三、控制节点根据各主节点的申请或者移出请求，通知后备资源中的从节点加入或者移出相应动态绘制组； 四、各从节点根据控制节点信息采取相应动作若从节点从动态绘制组中移出，则重新归入后备资源；若某个从节点加入相应动态绘制组，则此从节点与相应动态绘制组的主节点联系，获得初始化绘制参数； 五、各动态绘制组的主节点对本动态绘制组负责显示屏幕范围内的绘制任务进行任务划分，分配到包括主从节点在内的所有绘制节点； 六、所有绘制节点完成绘制，由主节点合成各组图像进行显示。 本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益的效果是 本专利技术设计了一种基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法，将PC节点按照主从关系组合为与单个显示设备一一对应的动态绘制组，通过从节点迁移来调整各动态绘制组的绘制能力，从而适应各显示设备范围内的负载变化，以此达到负载平衡目的。此算法针对多屏拼接显示的显示区域划分相对固定的特点而设计，弥补了传统负载平衡算法在此类硬件环境下的不足。附图说明 图1为本专利技术具体实施例各功能模块的关系和协同工作流程示意图。具体实施例方式结合附图，下面对本专利技术作进一步描述。 为实现基于节点迁移的负载平衡算法，PC集群中的绘制服务器分为两类角色主节点和从节点。在确定最终多屏拼接显示由MXN个显示设备构成后，就设定MXN个动态绘制组。每个动态绘制组初始包含集群中的一个PC节点作为固定的主节点，并连接一台显示设备。集群中其他PC节点作为绘制从节点列入后备资源。并设定集群中的某个PC担任控制节点。 基于节点迁移的负载平衡算法中包含多个功能模块，分布在主节点、从节点和控制节点上。动态绘制组的主节点在负载平衡策略中处于主导地位，它包括四个负载平衡相关的功能模块 1.节点迁移管理模块，用于调节组计算能力的模±央，包括从节点的申请、移除和加入三部分的管理； 2.屏幕划分模块，工作于组内采用sort-first工作方式的情况； 3.任务量划分模块，工作于组内采用sort-last工作方式的情况； 4.任务分布模块，将组内划分好的绘制任务分布到各绘制从节点上； 而从节点在负载平衡策略中处于从属的被动地位，它包括两个负载平衡相关的功能模块 1.节点迁移模块，用于后备资源、各动态绘制组之间控制角色的改变； 2.任务获取模块，当从节点属于某个动态绘制组时，用于从主节点获取绘制任务； 控制节点上与负载平衡相关的功能模块是节点迁移监理模块，用来监测各动态绘制组的负载，管理后备资源中的绘制从节点，并与各组的主节点协同工作共同维护动态绘制组之间的负载平衡。 各功能模块的关系和协同工作过程如图1所示，为表示方便，图中只采用一个主节点和一个从节点，实际工作中有MXN个主节点和若干从节点在同时参与工作。 整个负载平衡算法的运行步骤如下 第一步，根据绘制任务基本情况设定单个节点的负载上限和负载下限等参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法，其特征在于：（１）动态绘制组的设定多个ＰＣ通过主从关系进行逻辑组合为动态绘制组，组成多屏拼接显示中的每个屏幕都有不同的动态绘制组与之一一对应，动态绘制组内至少有一个主节点，由连接有显示设备的ＰＣ节点担任，主节点在动态绘制组中处于主导地位，动态绘制组还包括若干从节点，从节点由集群中除主节点之外的其它ＰＣ节点担任，根据需要分配到各动态绘制组，帮助主节点完成各动态绘制组的绘制任务；（２）从节点迁移在并行绘制系统初始运行状态下，动态绘制组内只有一个主节点，其他所有从节点归入后备资源，由一个单独的控制节点进行维护，在并行绘制系统运行时，各动态绘制组的主节点实时计算所在显示屏幕内的绘制任务，根据需要向控制节点申请从节点，或者将从节点从动态绘制组移出重归入后备资源，负载越重的动态绘制组所获得的从节点数目越多，随着绘制进程中场景在各显示屏幕范围内分布状态的变化，各从节点与动态绘制组的从属关系也不断改变，从节点迁移；（３）负载平衡算法的实现，包括以下步骤：一、根据多屏拼接显示的设置和绘制任务基本情况设定动态绘制组主节点和从节点，并计算单个节点的负载上限和负载下限参数；二、开始绘制，各主节点扫描本动态绘制组负责显示范围内的绘制任务，若动态绘制组内的从节点的平均负载超过了负载上限，则向控制节点申请新的从节点；若平均负载低于负载下限，则将部分从节点移出本动态绘制组；三、控制节点根据各主节点的申请或者移出请求，通知后备资源中的从节点加入或者移出相应动态绘制组；四、各从节点根据控制节点信息采取相应动作：若从节点从动态绘制组中移出，则重新归入后备资源；若某个从节点加入相应动态绘制组，则此从节点与相应动态绘制组的主节点联系，获得初始化绘制参数；五、各动态绘制组的主节点对本动态绘制组负责显示屏幕范围内的绘制任务进行任务划分，分配到包括主从节点在内的所有绘制节点；六、所有绘制节点完成绘制，由主节点合成各组图像进行显示。...

【技术特征摘要】
一种基于节点迁移的并行图形绘制负载平衡算法，其特征在于(1)动态绘制组的设定多个PC通过主从关系进行逻辑组合为动态绘制组，组成多屏拼接显示中的每个屏幕都有不同的动态绘制组与之一一对应，动态绘制组内至少有一个主节点，由连接有显示设备的PC节点担任，主节点在动态绘制组中处于主导地位，动态绘制组还包括若干从节点，从节点由集群中除主节点之外的其它PC节点担任，根据需要分配到各动态绘制组，帮助主节点完成各动态绘制组的绘制任务；(2)从节点迁移在并行绘制系统初始运行状态下，动态绘制组内只有一个主节点，其他所有从节点归入后备资源，由一个单独的控制节点进行维护，在并行绘制系统运行时，各动态绘制组的主节点实时计算所在显示屏幕内的绘制任务，根据需要向控制节点申请从节点，或者将从节点从动态绘制组移出重归入后备资源，负载越重的动态绘制组所获得的从节点数目越多，随着绘制进程中场景在各显示屏幕范围内分布状态的变化，各从节点与动态绘制组的从属...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭浩宇，王勋，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]