[发明专利]一种基于容错计算机网络结构的无死锁自适应路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及并行计算机直连网络领域，特别涉及一种基于容错计算机网络结构的无死锁自适应路由方法。

背景技术

高端容错计算机系统在银行业、远程通讯管理、电子化政务以及很多其他关键任务的处理中得到了广泛应用。高端容错计算机，通常也被称为服务器，通常具有强大的信息处理能力以及大规模服务器系统中的高可靠性。这种计算机一般含有8~64个处理器，能够运行大规模的计算任务同时具有高达99.999%的可靠性。高速信息处理能力以及高可靠性是容错计算机的两个最重要的特性。容错是指在部件失效的情况下网络运作的能力。然而实现容错的技术往往是巨大的性能降低为代价的。故障的存在使得已有的无死锁和无活锁路由解决方法变的无效。

为解决上述技术难题，清华大学设计出了一种新型的容错计算机网络结构，此系统结构含有32个计算节点，其中每一个计算节点都能提供足够强大的计算能力。此系统可以划分为两个子网络，其中每一子网络中均含有十六个计算节点。且每个子网络中含有8个彼此连接的交换器，每一个交换器连接两个计算节点。每个交换器连接到另一子网络中的一台交换器。每一个交换器的度均为10，其连接了两个本地计算节点以及八个相邻的交换器。

现代的路由器是非常健壮的，在运行中不会经常出现失效。但是在某些环境下，必须对失效要有所预料以及定位，无论部件失效的概率多么小（例如，国防军工应用系统，太空运载系统等等）。这些工作环境采用部件失效率，故障修复能力以及系统平滑降级使用能力来表征，这就带动了用于直接网络容错路由算法的发展。路由算法决定了报文包经由数据源节点向目的节点传输的过程中所占用的通道序列。路由策略对直连网络的效率具有非常重要的影响。对于高端的容错计算机关键系统来说，容错路由的算法对于系统的表现有着更加重要的作用。

由于给定的容错计算机网络结构是全新的，它不同于以往的任何网络结构，因此并没有相应的路由算法。因此，该网络需要一种高效的无死锁路由策略。特别是由于此网络针对的是关键任务的运作，因此为其提供一种无死锁高效的容错自适应路由策略就显得极为重要。

对于无故障网络，由于任意在同一子网络内的两个节点之间均存在直接连接的链路，因此传输报文不会产生死锁。在网络存在故障的情况下，子网络内部传输报文可能由于故障的存在构成死锁。

图7(a)中所示的就是在故障网络中可能的一种死锁配置：在该状态下，死锁可能由沿着环路0100-0000-0010-0110-0100传输的四条报文构成：报文p₁从0100向0010传输，报文p₂从0000向0110传输，报文p₃从0010向0100传输，报文p₄从0110向0000传输。其中的死锁配置可以按如下状态描述：p₁占用通道B₁并请求B₂，p₂占用B₂请求B₃，p₃占用通道B₃并请求B₄，p₄占用B₄请求B₁。这样就产生了通道依赖关系，并产生了死锁。图7(b)中所示即为该死锁配置下的循环通道依赖关系。

在实际运行中，系统中可能存在的故障会产生潜在的死锁配置。因此，本发明在该容错网络中提出了一套基于局部故障信息的无死锁容错适应性路由策略。本网络结构中丰富的节点间链路提供了足够好的自由度使本发明中提出的容错无死锁适应性路由策略不需要使用任何虚拟通道。此路由策略是在容错计算机系统中的一种不需要使用虚拟通道的容错无死锁自适应路由。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提供一种基于容错计算机网络结构的无死锁自适应路由方法，保证了在计算机网络结构中部分节点和链路出现故障时，仍然可以有效避免死锁的产生、提高路由的效率，从而达到计算机网络结构的健壮性和稳定性提升的效果。