SOME-Bus Mimarisi Üzerinde Mesaj Geçişi Protokolünün Başarımını Artırmaya Yönelik Bir Algoritma

Transkript

1 SOME-Bus Mimarisi Üzerinde Mesaj Geçişi Protokolünün Başarımını Artırmaya Yönelik Bir Algoritma Çiğdem İNAN, M. Fatih AKAY Çukurova Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Balcalı-ADANA

2 İçerik Çalışmanın konusu ve amacı. SOME-Bus nedir? Mesaj Geçişi Protokolü. Tıkanıklık ve akış kontrolü Simülasyon bilgileri Önerilen algoritma Simülasyon sonuçları ve karşılaştırmalar Sonuçlar I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

3 Çalışmanın Konusu ve Amacı 64 düğüme sahip SOME-Bus ağı için mesaj geçişi protokolünün başarımını artırmaya yönelik bir algoritma tasarımı. Algoritmanın başarımının İşlemci Verimi, Ağ Cevap Süresi (Ağ Gecikmesi) ve Giriş Kuyruğunda Bekleme Süresi kıstaslarına göre düzenli ve yoğun ağ trafikleri altında ölçümü. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

4 SOME-Bus Bir ağdaki bütün düğümlere eş zamanlı ve çoklu gönderim yapabilen mimarilerin bir uygulaması SOME-Bus (Simultaneous Optical Multiprocessor Exchange Bus) adı ile önerilmiştir. Bu mimari, yüksek başarımlı bir ağ elde etmek için bir araya getirilmiş optik ve elektronik cihazlardan oluşur. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

5 SOME-Bus-Paralel Alıcı Dizisi M dalga boylu K adet fiber W dalga boylu M/W adet kanal 128 düğüm ve W=1 dalga boylu bir yapılandırma için, M=4 dalga boylu K=32 fibere ihtiyaç duyulur ve her bir düğümdeki alıcı dizis 128 adet alıcı içerir 32x4 lük matrisler I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

6 SOME-Bus-İşlemci Arayüzü I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

7 Mesaj Geçişi Protokolü Mesaj geçişi, paralel işlemcilerin dağıtık hafıza mimarisinde kullanılan bir programlama modelidir. Birçok paralel işlemci arasında global bir hafızaya ihtiyaç duymadan iletişimi sağlayabilmektedir. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

8 Mesaj Geçişi Protokolü Ana fikri, her işlemcinin kendi yerel hafızasının olması ve diğer işlemcilerle mesajları kullanarak haberleşmesidir. Yüksek başarım elde etmek için geliştirilen etkili mesaj geçişi sistemlerinin hafızaya erişim ve mesaj iletim zamanlarının düşük olması gerekmektedir. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

9 Tıkanıklık Paralel sistemlerdeki gecikme probleminin en önemli kaynağıdır. Tıkanıklık problemi iki şekilde ele alınmıştır: tıkanıklığı önleme ve tıkanıklığı iyileştirme. Her iki yöntem de düğümlerin çıkış kuyruklarındaki paketlerin ağ iletişiminde gecikme yaratabilme olasılıklarını ele almışlardır. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

10 Düğümlerin giriş kuyruklarındaki gecikmeler Düğümlerin giriş kuyruklarında oluşan gecikmeler de, çıkış kuyruklarında oluşan gecikmeler kadar ağ gecikmesine katkıda bulunmaktadırlar. Akış kontrolü algoritmaları Önerilen çalışmaların hemen hepsinde düğümlerin tek bir giriş kuyruğuna sahip oldukları kabul edilerek algoritmalar tasarlanmıştır. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

11 Simülasyon 64 adet düğüm içeren ve her düğümde bir işlemci ve bir kanal bulunduran, mesaj geçişi mimarisi üzerine kurulmuş SOME-Bus kuyruklama ağı kullanılmıştır. Simülasyondaki bütün iletişimin mesajları gönderme ve alma yoluyla yapıldığı, düğümlerin giriş kuyruklarında paket olduğu sürece işleme devam ettikleri, sadece giriş kuyrukları boşken durdukları ve işlenen iş parçacıklarının birbirinden bağımsız oldukları kabul edilmiştir. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

12 Simülasyon Mesaj İçeriği Kaynak düğüm bilgisi Hedef düğüm bilgisi Alt kuyruk indeksi Durum dizisi Pas değeri Veri Her işlemci, başlangıçta 4 adet iş parçacığı ile işe başlamakta ve simülasyon esnasında yeni iş parçacıkları oluşturulmamaktadır. İş parçacıkları bir düğümden diğerine gönderildiklerinde vardıkları düğümün 64 adet alt kuyruğundan kaynak işlemci numarasına sahip alt kuyruğa yerleşirler. İşlemci, alt kuyruk göstericisinin işaret ettiği paketi işlemekte ve paketler gönderilirken kaynak işlemcinin alt kuyruk göstericisinin bulunduğu pozisyon paketlerle beraber gönderilmektedir. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

13 Simülasyon 0 N-1 Alt kuyruk göstericisinin bulunduğu pozisyon gönderilmiş paketin bulunduğu yerden uzakta ise giriş kuyruğundaki paket, kendinden önceki paketlerin servis süresince bekleyecektir. Gönderilen paketler ilgili alt kuyruklara yerleştikten sonra, alt kuyruk göstericisi kendilerini işaret etmeden işlem görememektedirler. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

14 Simülasyon Tp Tp, bir işlemcinin giriş kuyruğundan aldığı bir paketi ortalama işleme zamanı olup ortalaması 100 olan üstel dağılıma sahiptir. Tt Mesajın iletim zamanı. Geleneksel mesaj geçişi uygulaması için 5 ile 100 arasında değişen, pas geçme algoritması içinse 6 ile 120 arasında değişen düzenli dağılıma sahiptir. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

15 Simülasyon Düzenli (Uniform) Trafik Düzenli trafikte hedef düğüm seçme işlemi 0 ile 63 arasında düzenli dağılım kullanılarak yapılmaktadır. Yoğun (Hot Region) Trafik Bir düğümün gönderdiği paketlerin %25 i düğümler arasından belirlenen %25 lik düğüm grubuna, kalanlar ise tüm ağdan düzenli olarak seçilen düğüm grubuna gönderilmektedir. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

16 Önerilen Algoritma I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

17 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Düzenli Trafik I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

18 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Düzenli Trafik Ağ Gecikmesi Ağ Gecikmesi (sn) Değişik Tt zamanları için çalıştırma sonuçları Geleneksel Mesaj Geçişi Pas Geçme Algoritması I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

19 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Düzenli Trafik Giriş Kuyruğunda Bekleme Süresi Giriş Kuyruğunda Bekleme Süresi (sn) Değişik Tt zamanları için çalıştırma sonuçları Geleneksel Mesaj Geçişi Pas Geçme Algoritması I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

20 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Yoğun Trafik İşlemci Verimi İşlemci Verimi Değişik Tt zamanları için çalıştırma sonuçları Geleneksel Mesaj Geçişi Pas Geçme Algoritması I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

21 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Yoğun Trafik Ağ Gecikmesi Ağ Gecikmesi (sn) Değişik Tt zamanları için çalıştırma sonuçları Geleneksel Mesaj Geçişi Pas Geçme Algoritması I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

22 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Yoğun Trafik 440 Giriş Kuyruğunda Bekleme Süresi uyruğunda Bekleme Süresi (sn) I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

23 Sonuçlar Pas geçme algoritmasından sonra düzenli trafikte işlemci verimi %4.93 artmış, ağ cevap süresi %9.41, giriş kuyruğunda bekleme süresi %19.77 azalmıştır. Yoğun trafikte ise işlemci verimi %6.02 artmış, ağ cevap süresi %5.14, giriş kuyruğunda bekleme süresi %18.31 azalmıştır. I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

24 Sonuçlar Düşük maliyetli ek bir donanımla SOME- Bus performansını arttırmaya yönelik bir yaklaşımda bulunulmuştur. Gelecek Çalışmalar Ayarlanabilir eşik değerleri Çıkış kanalına ait iyileştirmeler I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2

25 Teşekkürler I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2