对称多处理器(smp)域的动态形成的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及计算机系统，并且更具体地涉及对称多处理器（SMP)域的动态形 成。
【背景技术】
[0002] 在当今社会，计算机系统是寻常的。可以在工作场所、家庭或学校中找到计算机系 统。计算机系统可以包括数据存储系统或磁盘存储系统，以处理并存储数据。通常，计算机 系统被设计用于通过使用操作系统以管理执行应用程序所需的计算机资源来接受并且执 行由用户提供的各种应用程序。朝向提高计算机系统性能的趋势经常聚焦在提供更快、更 高效的处理器上。传统的数据处理系统通常包括通过系统总线与存储器和I/O部件以及其 他处理器部件互连的单个处理器。随着技术改进，存在通过对称多处理器（SMP)拓扑结构 中的SMP域的动态形成来提供更快和更高效数据处理系统的需求。
【发明内容】
[0003] 在一个实施例中，提供了一种用于在计算环境中使用至少一个处理器设备来动态 形成对称多处理器（SMP)域的方法。在一个实施例中，仅通过示例的方式，SMP节点经由使 用SMP光学连接开关的SMP插座而被动态地配置，以将连接至SMP节点的SMP光学连接链 路动态地连接以基于针对用于交换SMP相干信息的相干通信量的最佳匹配预期工作负载 来形成SMP域。SMP节点被动态地添加至SMP域之一和/或SMP域之一被动态地移除。
[0004] 在另一实施例中，提供了一种用于在计算环境中使用至少一个处理器设备来动态 形成对称多处理器（SMP)域的计算机系统。计算机系统包括计算机可读介质以及与计算机 可读介质可操作通信的处理器。在一个实施例中，仅通过示例的方式，处理器经由使用SMP 光学连接开关的SMP插座动态地配置SMP节点，以将连接至SMP节点的SMP光学连接的链 路动态地连接以基于针对用于交换SMP相干信息的相干通信量的最佳匹配预期工作负载 来形成SMP域。SMP节点被动态地添加至SMP域之一和/或从SMP域之一被动态地移除。
[0005] 在又一实施例中，提供了一种用于在计算环境中使用至少一个处理器设备来动态 形成对称多处理器（SMP)域的计算机程序产品。计算机可读存储介质具有存储在其上的计 算机可读程序代码部分。计算机可读程序代码部分包括第一可执行部分，其经由使用SMP 光学连接开关的SMP插座动态地配置SMP节点，以将连接至SMP节点的SMP光学连接的链 路动态地连接以基于针对用于交换SMP相干信息的相干通信量的最佳匹配预期工作负载 来形成SMP域。SMP节点被动态地添加至SMP域之一和/或从SMP域之一被动态地移除。
[0006] 除了前述示例性方法实施例之外，提供了其他示例性系统和计算机产品实施例并 且提供了相关优点。已经提供前述
【发明内容】
部分用于以简化形式介绍在以下【具体实施方式】 部分中进一步描述的概念的选集。该
【发明内容】
部分并非旨在标识请求保护主题的关键特征 或必要特征，也并非旨在用作辅助确定请求保护主题的范围。请求保护的主题并不限于解 决了【背景技术】部分中所述任何或全部缺点的实施方式。
【附图说明】
[0007] 为了将容易理解本发明的优点，将通过参照附图中所示的具体实施例来展现如上 简要描述的本发明的更具体描述。应该理解的是，这些附图示出了本发明的实施例并且不 应由此视作限制了其范围，将通过使用附图采用附加特性和细节来描述和解释本发明，在 附图中：
[0008] 图1是示出了其中可以实现本发明的方面的具有示例存储设备的计算机系统环 境的方框图；
[0009] 图2是示出了其中可以实现本发明的方面的光学连接存储器系统的硬件结构的 方框图；
[0010] 图3是示出了在光学连接存储器系统中处理器设计的硬件结构的方框图；
[0011] 图4是示出了其中可以实现本发明的方面的计算机系统中用于通过光学互连组 构来切换存储器的硬件结构的方框图；
[0012] 图5是示出了其中可以实现本发明的方面的具有通过光学开关连接的对称多处 理器（SMP)链路的SMP节点的方框图；
[0013] 图6是示出了其中可以实现本发明的方面的在对称多处理器（SMP)节点之间形成 环形拓扑结构的示例性SMP组构拓扑结构的方框图；
[0014] 图7是示出了其中可以实现本发明的方面的具有形成环形拓扑结构的对称多处 理器（SMP)链路的SMP节点的方框图；
[0015] 图8是示出了其中可以实现本发明的方面的具有拆分成至少2个不同域的对称多 处理器（SMP)链路的SMP节点的方框图；
[0016] 图9是示出了其中可以实现本发明的方面的用于动态形成对称多处理器（SP)域 的示例性备选方法的流程图；以及
[0017] 图10是示出了其中可以实现本发明的方面的用于动态形成对称多处理器（SMP) 域的示例性备选方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018] 在一个实施例中，如在此所述，对称多处理（SMP)是使用共享共用操作系统和存 储器的多个处理器的应用程序和操作系统的处理。操作系统的单个副本对于经由某形式的 通信路径来共享对于共用存储器的等同访问的所有处理器是可用的。
[0019] 在一个实施例中，SMP系统的目标在于在可用处理器之间动态地平衡工作负载，优 化资源的使用并且为用户提供更快的操作。此外，在一个实施例中，对称多处理器（SMP)涉 及多处理器计算机硬件和软件体系结构，其中两个或多个相同处理器被连接至单个共享存 储器，具有对于所有输入/输出（I/O)设备的完全访问，以及由单个操作系统（0S)实例所 控制，并且其中等同地对待所有处理器，而没有任何一个保留用于特殊目的。SMP可以在高 速缓存层次结构中实施理论上的PRAM (并行RAM)。在一个实施例中，共享存储器内容的副 本在本地高速缓存中。当这些副本改变（写入）时，相干广播需要通告每个处理器。发生 的改变（例如写入）越多，广播所需要的带宽越多。对于更多带宽的需求取决于应用：一些 工作负载要求极少带宽，而一些要求大量带宽。给定相干通信量带宽预算（例如组构的总 带宽的百分比（％))，可以计算SMP域的最大大小。在一个实施例中，取决于预先考虑的应 用的最坏情形的混合，这是固定大小。此外，相干通信量从小量（例如1%)的相干通信量 (在此使用在以太网之上基于软件的SMP)改变至大量（至少10% )的相干通信量。不确 定的更新次数基于应用（以及组构的距离/延迟）而改变。在一个实施例中，SMP编程模 型对于机架和数据中心中的许多节点的能耗缩放是非常方便并且强大的。
[0020] 应该注意的是，术语"小"和"大"是通常组构可以支持的总带宽的百分比的相对性 表达。例如，如果SMP组构支持的总对分带宽是10T字节/秒，并且在组构中存在8个SMP 节点，一个百分点（例如1%)可以称作小并且大可以至少为十个百分点（例如10%)或更 大。相干通信量是在SMP组构中发送至需要改变它们本地高速缓存副本（使其无效）的所 有节点的信息，因为一个节点已经改变了本地高速缓存中副本所代表的存储器位置，使得 副本不再有效。相干通信量因此是由SMP连接节点组成的SMP组构中存在的多少次写入的 函数。对于一些应用，如果所有节点保持改变高速缓存副本，这些通信量将是总带宽的高百 分比，例如10%或更多。另一方面，其他应用可以不需要这些更新，因为仅很少的节点将执 行向存储器位置的写入，其副本已经由SMP节点本地高速缓存。如果SMP中节点的数目非 常大，可能发生的是，这些更新更经常达到组构支持的大多数带宽由这些更新消耗的程度。
[0021] 然而，由于无法改变动态节点之间的接线，SMP组构是固定的。分组交换无法在极 端用途所需的低延迟SMP处理高通信量。SMP链路具有高带宽并且要求处理上的最小延迟， 然而不存在用于极端用途的外部交换机，并且基于软件的SMP是非常有限的（例如限定于 特定HPC应用）。对于极端SMP用例，穿过多跳的延迟可以损害不相干性并且因此使得解决 方案无效。
[0022] 在一个实施例中，可以通过将两个或多个处理器插座与专门链路连接以形成多处 理器来以固定方式形成SMP系统。在备选实施例中，可以形成SMP以实现在任何类型网络链 路之上的基于软件的SMP，而无需专门的网络链路（硬件辅助的SMP/相干链路）。然而，在 这些方案中均存在若干问题。第一个（基于硬件）问题展现了对于连接至一个SMP中的单 独的处理器（即插座）数目的限制。存在对这样的连接的各种限制。例如，相干信息需要 向所有处理器广播。处理器数目越大，这种相干组构通信量放置在网络上的负载越多。各 种滤波系统可以减少相干通信量，然而，非常难以利用数十和/或数千个处理器来创建SMP 系统。处理器越快则每个芯片中内核数目越多，需要更多的带宽并且一旦数据已经改变则 需要越多的通信量（高速缓存读取/写入），这可以要求广播以使得高速缓存副本无效。实 施了类似SMP功能的软件系统是非常缓慢的并且依赖于异常（页面中断）以捕获高速缓存 数据内容的改变并且因此需要向SMP域中其他节点广播。这种机制被限制于并未有效地并 行工作的非常孤立的处理器。
[0023] 因此，存在动态形成SMP域的需求，因为与SMP编程模型工作是非常容易和高效 的，并且也需要基于硬件（快速）的方案。这样的方案可以受限于参与的处理器（例如，其 中每个具有多个内核的插座）的最大数目，然而，这些插座的特定集合以及它们之间和内 部SMP关系可以动态地改变。在一个实施例中，这样的动态改变无需经常发生（例如，可以 至多每隔几秒而发生）。在一个实施例中，动态地形成的多个SMP域可以基于从插座的大的 群组的需求来开创，并且每个SMP域的成员可以动态地改变，导致非常高效和快速的解决 方案。
[0024] 因此，在一个实施例中，通过使用光学开关以动态地连接在节点之外的SMP链路 的光学"引线"而将SMP域形成为由组构路由所限定的可缩放拓扑结构。SMP节点可以被接 入和/或断出，并且拆分为单独的域（例如，类似于故障容忍考虑，其需要找到在坏节点周 围的重新路由，坏节点是不根据设计、性能标准/阈值、用户偏好而实现功能和/或基于检 测到故障/错误的节点）。在一个实施例中，SMP链路协议具有允许动态改变的重试和重传 功能。在一个实施例中，可以创建SMP域以在预期相干带宽通信量分配内从小工作负载到 大