[发明专利]高效能计算机中可重构部件的柔性管理方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种可重构部件的管理方法，适用于高效能计算机系统和其它具有可重构部件的系统，具体涉及一种高效能计算机中可重构部件的柔性管理方法。 

二、背景技术：

随着可配置器件(如Field Programmable Gate Arrays，FPGA)规模和性能的不断提高，基于FPGA的可重构计算正在兴起。所谓可重构计算(Reconfigurable Computing)是指在软件的控制下，利用系统中的可重构部件，根据应用的需要重新构造新的计算平台，使之达到或接近专用硬件设计的高性能。具有可重构计算特征的系统称为可重构计算系统。 

可重构计算的本质是利用可编程器件可多次重新配置其功能与互连特性的能力，使系统兼具灵活性、高性能、高可靠、低能耗、低成本、易于升级等多种优良特性。其主要技术基础是现场可编程门阵列(Field Programmable GateArrays，FPGA)技术。在可重构计算系统中，硬件的结构、功能及互连方式都可以被动态地调整或修改，这样既保留了用ASIC方法(硬件方法)实现计算的性能，又具有用处理器方法(软件方法)实现计算的灵活性。换句话说，可重构计算把硬件软件化，使硬件可以像软件一样被编程、修改和重用。 

显然，可重构部件是可重构计算的物质基础，对可重构部件的管理，如配置、分配、回收、调度、使用等，是可重构计算的核心。然而，目前的管理方法仅仅是对物理可重构部件的管理，即对物理可重构部件的配置、分配、回收等，当用户对可重构部件的需求量超过空闲物理可重构部件的数量时，则无法满足用户的需求，只能让用户扩充硬件或修改软件。但不论扩充硬件还是修改软件，都无法在现场动态、实时地完成，也就是说，目前的管理方法还比较刚性，不能实现可重构部件的柔性化管理具体涉及一种高效能计算机中可重构部件的柔性管理方法。 

例如，在附图2的节点系统中对可重构部件进行管理时，为了管理方便，节点中的应用程序和通用CPU将其中的可重构部件看成外部设备。以下将配置过的可重构部件统称为可重构设备(Device)。通常情况下，对外部设备的使用需要驱动程序的支持，因而每种可重构部件都需要一个驱动程序，其结构如图3所示。图3表示现有的可重构部件管理方法，它利用常规的可重构设备驱动程序直接驱动可重构设备，其结构不够灵活，原因如下： 

(1)可重构部件的功能是经常变化的，而功能的变化必然会影响驱动程序，导致驱动程序经常变化，并进而影响到操作系统内核的上层(如文件操作接口、中断处理等)。然而，一般情况下，设备功能的变化不应该影响到操作系统的上层，更不应该影响到应用程序。 

(2)用户对可重构设备的需要量也是经常变化的，有的应用程序不需要可重构设备，有的应用程序需要一个可重构设备，有的应用程序需要多个可重构设备。不论为节点配备多少个可重构设备，都无法满足所有应用的需求。原因是这里看到的可重构设备都是物理存在的，而且是预先配置好的，无法动态配置可重构设备，也无法将其虚拟化。 

三、发明内容：

本发明是克服现有技术对可重构部件硬性管理的不足，提供并解决由于物理可重构部件有限而用户需求无限的矛盾，使得系统能够用少量的可重构部件同时构造出大量的可重构设备，使用户不再受物理可重构部件数量的限制，从而使在小系统上运行大应用的梦想成为可能，具体涉及一种高效能计算机中可重构部件的柔性管理方法。