並列コンピュータシステム

トップ :: G 物理学 :: G06 計算;計数

【発明の名称】	並列コンピュータシステム
【発明者】	【氏名】中田雅信
【要約】	【課題】コストの増加を抑えつつ、チェックサム計算処理を伴う通信プロトコル処理の高速化を図り、システムの通信性能を向上させる【解決手段】複数のプロセッサを備えた並列コンピュータシステムにおいて、前記複数のプロセッサＰ１～Ｐｎのうちの一部をチェックサム計算を専用に行うプロセッサＰｍとして割り当て、該チェックサム計算用に割り当てられたプロセッサＰｍによるチェックサムの計算を、他のプロセッサにおける処理と並行して実行させる。【解決手段】複数のプロセッサを備えた並列コンピュータシステムにおいて、前記複数のプロセッサＰ１～Ｐｎのうちの一部をチェックサム計算を専用に行うプロセッサＰｍとして割り当て、該チェックサム計算用に割り当てられたプロセッサＰｍによるチェックサムの計算を、他のプロセッサにおける処理と並行して実行させる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数のプロセッサを備えた並列コンピュータシステムにおいて、前記複数のプロセッサのうちの一部をチェックサム計算を専用に行うプロセッサとして割り当て、該チェックサム計算用に割り当てられたプロセッサによるチェックサムの計算を、他のプロセッサにおける処理と並行して実行させるようにしたことを特徴とする並列コンピュータシステム。
【請求項２】複数のプロセッサと、前記プロセッサ間のデータの受け渡しを制御するプロセッサ間通信手段と、前記複数のプロセッサの一部のプロセッサに対し、前記プロセッサ間通信手段を介してチェックサム計算を要求するチェックサム計算要求手段と、を備えたことを特徴とする並列コンピュータシステム。
【請求項３】前記チェックサム計算要求を受けたプロセッサを、他のプロセッサから排他制御するためのロック手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の並列コンピュータシステム。
【請求項４】前記一部のプロセッサによるチェックサムの計算の開始及び終了を通知するためのフラグ手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の並列コンピュータシステム。
【請求項５】通信プロトコルの処理を行うプロトコル処理手段と、前記プロトコル処理手段に対してデータの送信を依頼する送信要求手段と、前記プロトコル処理手段によって処理されたデータを受け取って、回線上にデータを送出するネットワーク制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項４記載の並列コンピュータシステム。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ間通信における転送データ誤り検出技術であるチェックサムを含む通信プロトコル処理の高速化を実現した並列コンピュータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】高性能を要求される通信プロトコル処理において、その中のチェックサム計算処理は一般に他の処理と比べて長い時間が掛かり、これをいかに短時間で行うかがプロトコル処理高速化のキーポイントになっている。
【０００３】従来の技術では、通常のプロトコル処理の一環として、通常のプロトコル処理を実行するプロセッサと同一のプロセッサ上でチェックサム計算を行なう場合がほとんどであった。このため、処理の高速化は専らプロセッサそのものの高速化に頼っており、限界があった。そして、通信プロトコル処理に要する時間が長く掛かり、ネットワークを介したプロセス間通信においては、物理ケーブルの持つデータ転送能力を必ずしも十分に引き出せていなかった。
【０００４】また、通常のプロセッサとは別にチェックサム計算用の専用のハードウェアを備えて高速化を図る従来技術が提案されている。この種の従来技術としては、例えば、特開平５－６７０１４号公報に開示されたプロトコル処理装置がある。しかし、この種の従来技術は、特別のハードウェアが必要となるため、高価であり一般に普及してはいなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来のコンピュータシステムは、通信プロトコル処理に要する時間が長く掛かり、ネットワークを介したプロセス間通信においては、物理ケーブルの持つデータ転送能力を必ずしも十分に引き出せていなかった。
【０００６】また、チェックサム用に高価な専用のハードウェアを備えることは、コストの増大を招くため、容易に実行できなかった。
【０００７】そこで本発明の目的は、コストの増加を抑えつつ、チェックサム計算処理を伴う通信プロトコル処理の高速化を図り、システムの通信性能を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、複数のプロセッサを備えた並列コンピュータシステムにおいて、前記複数のプロセッサのうちの一部をチェックサム計算を専用に行うプロセッサとして割り当て、該チェックサム計算用に割り当てられたプロセッサによるチェックサムの計算を、他のプロセッサにおける処理と並行して実行させるようにしたことを特徴とする。
【０００９】また、請求項２記載の本発明は、複数のプロセッサと、前記プロセッサ間のデータの受け渡しを制御するプロセッサ間通信手段と、前記複数のプロセッサの一部のプロセッサに対し、前記プロセッサ間通信手段を介してチェックサム計算を要求するチェックサム計算要求手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】また、請求項３記載の本発明は、前記チェックサム計算要求を受けたプロセッサを、他のプロセッサから排他制御するためのロック手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】また、請求項４記載の本発明は、前記一部のプロセッサによるチェックサムの計算の開始及び終了を通知するためのフラグ手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】さらに、請求項５記載の本発明は、通信プロトコルの処理を行うプロトコル処理手段と、前記プロトコル処理手段に対してデータの送信を依頼する送信要求手段と、前記プロトコル処理手段によって処理されたデータを受け取って、回線上にデータを送出するネットワーク制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る高並列コンピュータシステム１０は、数台から数十台のプロセッサ群（Ｐ１～Ｐｎ、ｎは整数）と、これらのプロセッサの中でチェックサム計算専用プロセッサとして定義された１台のプロセッサ（以下、チェックサム計算専用プロセッサＰｍと言う）と、チェックサム計算専用プロセッサＰｍを使用するための排他制御用のロック１１と、これら複数のプロセッサ間の情報の交換を司るプロセッサ通信手段１２と、メモリにロード済みのプロトコル処理のコード（命令列）１３と、同じくメモリにロード済みのチェックサム計算処理のコード（命令列）１４と、ネットワークを介した他ホストとの間で通信される通信データ１５と、実際にプロトコル処理中でチェックサム計算の対象となるチェックサム計算対象データ１６と、プロトコル処理に送信データを渡す送信要求手段１７と、前記プロトコル処理のコード１３をチェックサム計算処理と並列に実行するプロトコル処理手段１８と、プロトコル処理手段１８から呼ばれて送信データのチェックサム計算をチェックサム計算専用プロセッサＰｍに依頼するチェックサム計算要求手段１９と、チェックサム計算が未完了であることを示すチェックサム計算中フラグ２０と、論理的にプロトコル処理の下位に位置してプロトコル処理を施されたデータをネットワークに送出するネットワークドライバ手段２１とから構成される。
【００１４】次に、前記構成からなる高並列コンピュータシステム１０の動作について説明する。ここでは、システムのＳＧにおいてチェックサム計算専用プロセッサＰｍ（１≦ｍ≦ｎ）が、プロセッサ群Ｐ１～Ｐｎの中から１台選ばれて定義されているものとする。また、チェックサム計算以外の処理はプロセッサＰｍを除いた残りの（ｎ－１）個のプロセッサの何れかで実行されるものとする。
【００１５】送信要求手段１７は、ユーザプログラムから要求された通信データを通信データ１５として、プロトコル処理手段１８に渡す。プロトコル処理手段１８は、渡された通信データからチェックサム計算対象データ１６を決定し、必要なデータをチェックサム計算要求手段１９に渡してチェックサム計算対象データ１６のチェックサム計算を依頼する。この時チェックサム計算要求手段１９には、チェックサム計算対象データ１６ヘのポインタとデータ長、チェックサム計算結果格納場所へのポインタ、及びチェックサム計算中フラグ２０へのポインタが渡され、これらはすべてチェックサム計算専用プロセッサＰｍに伝達される。
【００１６】プロトコル処理手段１８は、この後チェックサム計算中フラグ２０を“１”にして、中断することなくプロトコル処理のコード１３に従った他のプロトコル処理を続ける。ここで、チェックサム計算中フラグ２０におけるフラグ“１”は、チェックサム計算専用プロセッサＰｍによるチェックサム計算が実行されていることを示している。そして、プロトコル処理済みのデータをネットワークドライバ手段２１に引き渡す直前に、チェックサム計算中フラグ２０を確認する。この時チェックサム計算中フラグ２０が“０”になっていれば、そのまま処理を続行し、ネットワークドライバ手段２１にデータを渡して処理を終了する。チェックサム計算中フラグ２０が“１”である場合は、該フラグが“０”になるまでＣＰＵループを行ない、ネットワークドライバ手段２１に送信データを引き渡す。チェックサム計算が終了すると、チェックサム計算専用プロセッサＰｍ上の処理により、該フラグが“０”にされる。
【００１７】チェックサム計算要求手段１９は、プロトコル処理手段１８から受けとった前記データをチェックサム計算専用プロセッサＰｍに渡すため、プロセッサ間通信手段１２を呼ぶ。プロセッサ間通信手段１２はチェックサム計算専用プロセッサＰｍを使用するためのロック１１を取得する。ここで、ロック１１は、プロセッサの排他使用のための施錠であり、これが取得できない場合はＣＰＵループを行なって、該取得を待つこととなる。プロセッサ間通信によりチェックサム計算専用プロセッサＰｍに必要なデータを引き渡して処理を終了し、プロトコル処理手段１８に制御を戻す。
【００１８】チェックサム計算専用プロセッサＰｍは、プロセッサ間通信手段１２を介してチェックサム計算要求を受け取ると、チェックサム計算処理のコード１４を使って直ちにチェックサム計算対象データ１６のチェックサム計算を行う。そして、結果を要求元から指定された場所、すなわち所定のメモリエリアに書込み、さらに渡されたポインタで示されているチェックサム計算中フラグ２０を“０”にする。次いで、チェックサム計算専用プロセッサＰｍを使うためのロック１１を解除、すなわちアンロックの状態にし、他からのチェックサム計算要求を受け付け可能な状態にしてから処理を終了する。
【００１９】また、他ホストからのデータを受信した場合には、以下のような処理がなされる。受信データがネットワークドライバ手段２１によって受信されると、ネットワークドライバ手段２１は受信データをプロトコル処理手段１８に渡す。プロトコル処理手段１８は、プロトコル処理のコード１３に従って受信時のプロトコル処理を実行するが、その途中で、チェックサム計算対象データ１６を確定できた時点で、送信時と全く同様の要領で、チェックサム計算要求手段１９に必要なデータを渡し、チェックサム計算を依頼する。
【００２０】このとき、チェックサム計算中フラグ２０を“１”にする。プロトコル処理手段１８は、この後チェックサム計算以外の受信時のプロトコル処理を継続して行い、それが終了すると、チェックサム計算中フラグ２０を確認する。チェックサム計算要求手段１９は、プロトコル処理手段１８から受け取った他ホストからの受信データをプロセッサ間通信手段１２を通してチェックサム計算専用プロセッサＰｍのロック１１を取得してから、チェックサム計算専用プロセッサＰｍに渡す。チェックサム計算専用プロセッサＰｍは、チェックサム計算処理のコード１４に従って、チェックサム計算対象データ１６のチェックサム計算を行う。そして、結果を要求元から指定された場所に書き込み、チェックサム計算中フラグ２０を“０”にし、さらに、チェックサム計算専用プロセッサＰｍのロック１１をアンロック状態にして処理を終了する。プロトコル処理手段１８は、チェックサム計算中フラグ２０が“０”になったことを確認すると、処理済みのデータ一式を上位層の受信処理に渡す。
【００２１】以上の処理により、高並列コンピュータシステム１０において、チェックサム計算専用プロセッサＰｍを用いることにより、チェックサム計算処理と、チェックサム計算以外のプロトコル処理とを、並列に実行することが可能となる。
【００２２】図２は、本発明のさらに具体的な実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、通信プロトコルとしてのＴＣＰ／ＩＰ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ／ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）に準拠した高並列スーパーコンピュータシステムに本発明を適用した例を示している。本システムの構成は、基本的に図１に示したものと同様であり、各構成部分がＴＣＰ／ＩＰに特化したものとして説明されている点が異なっている。
【００２３】図において、高並列スーパーコンピュータシステム３０は、数台から数十台のプロセッサ群（Ｐ１～Ｐｎ、ｎは整数）と、これらのプロセッサの中でＴＣＰのチェックサム計算専用のプロセッサとして定義された１台のプロセッサＰｍと、チェックサム計算専用プロセッサＰｍを使用するための排他制御用のロック３１と、これら複数のプロセッサ間の情報の交換を司るプロセッサ間通信機構３２と、メモリにロード済みのＴＣＰの処理のためのコード３３と、同じくメモリにロード済みのＴＣＰのチェックサム計算処理のためのコード３４と、ネットワークを介した他ホストとの間で通信されるＩＰデータグラム３５と、実際にＴＣＰ処理中でチェックサム計算の対象となるＴＣＰセグメント３６と、ＴＣＰに送信データを引き渡すアプリケーションプログラム３７と、ＴＣＰ処理中のチェックサム計算以外の部分のコード３３をチェックサム計算処理と並列に実行するＯＳ内の通信制御プログラム３８と、通信制御プログラム３８から呼ばれて送受信データのチェックサム計算をチェックサム計算専用プロセッサＰｍに依頼するチェックサム計算要求関数３９と、チェックサム計算が未完了であることを示すチェックサム計算中フラグ４０と、論理的に通信制御プログラムの下位に位置してＴＣＰ／ＩＰ処理を施されたＩＰデータグラムをネットワークに送出するネットワークドライバ４１とから構成される。
【００２４】次に、前記構成からなる高並列スーパーコンピュータシステム３０の動作について説明する。他システム等と通信を行うアプリケーションプログラム３７は、ユーザから要求されたＩＰデータグラム３５をソケット等の従来の方法を用いて通信制御プログラム３８に渡す。通信制御プログラム３８は、チェックサム計算対象となるＴＣＰセグメント３６を決定し、チェックサム計算要求関数３９に該ＴＣＰセグメント３６のチェックサム計算を依頼する。このときチェックサム計算要求関数３９には、ＴＣＰセグメント３６ヘのポインタとデータ長、チェックサム計算結果格納場所へのポインタ、及びチェックサム計算中フラグ４０ヘのポインタが渡され、これらはすべてチェックサム計算専用プロセッサＰｍに伝達される。
【００２５】通信制御プログラム３８は、この後チェックサム計算中フラグ４０を“１”にして、中断することなくＴＣＰ処理のためのコード３３に従ったチェックサム計算以外のＴＣＰ処理を続け、処理済みのデータをネットワークドライバ４１に引き渡す直前に、チェックサム計算中フラグ４０を確認する。ここで、チェックサム計算中フラグ４０が“０”になっていれば、そのまま処理を続行し、ネットワークドライバ４１にデータを渡して処理を終了する。チェックサム計算中フラグ４０が“１”である場合は、該フラグが“０”になるまでＣＰＵループを行ない、ネットワークドライバ４１に送信データを引き渡す。チェックサム計算が終了するとチェックサム計算専用プロセッサＰｍ上の処理により、該フラグが“０”にされる。
【００２６】チェックサム計算要求関数３９は、通信制御プログラム３８から受け取った前記データをチェックサム計算専用プロセッサＰｍに渡すため、プロセッサ間通信機構３２を呼ぶ。プロセッサ間通信機構３２はチェックサム計算専用プロセッサＰｍを使用するための排他制御用ロック３１を取得する。次いで、プロセッサ間通信によりチェックサム計算専用プロセッサＰｍに必要なデータを引き渡して処理を終了し、通信制御プログラム３８に制御を戻す。
【００２７】チェックサム計算専用プロセッサＰｍは、プロセッサ間通信機構３２を介してチェックサム計算要求を受け取ると、チェックサム計算処理のコード３４を使って直ちにＴＣＰセグメント３６のチェックサム計算を行う。そして、結果を要求元から指定された場所（メモリエリア）に書き込み、さらに渡されたポインタで示されているチェックサム計算中フラグ４０を“０”にする。次いで、チェックサム計算専用プロセッサＰｍを使うためのロック３１を解除し、他からのチェックサム計算要求を受け付け可能な状態にして処理を終了する。
【００２８】以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記構成において、他ホストからの受信データのチェックサム計算についても、前記とほぼ同様にして、受信時のＴＣＰのプロトコル処理とチェックサム計算とを並列に実行することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の高並列コンピュータシステムによれば、通常プロトコル処理で最もオーバヘッドが大きいチェックサム計算処理をチェックサム計算専用プロセッサに指定されたプロセッサで処理させることにより、チェックサム計算以外のプロトコル処理とチェックサム計算処理とを、可能な限り並列に実行させることにより、プロトコル処理のオーバヘッドを減少させ、その処理を高速化することができるという効果がある。
【００３０】また、高並列コンピュータシステムを構成する複数のプロセッサのうちの１つを使ってチェックサム計算を専門に行なわせるようにしたことにより、特別なハードウェアを用いることなく、前記プロトコル処理の高速化を実現することができるため、コストの増加を抑えることができるという効果がある。

【出願人】	【識別番号】０００００４２３７【氏名又は名称】日本電気株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）９月５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】松本正夫
【公開番号】	特開平１１－８５７１８
【公開日】	平成１１年（１９９９）３月３０日
【出願番号】	特願平９－２５７９１２