[发明专利]基于外部PCI‑E连接的高性能并行计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并行计算方法，更具体的说，尤其涉及一种基于外部PCI-E连接的高性能并行计算方法。 

背景技术

并行计算是指使用多个计算资源解决计算问题的过程，可以提高计算机系统计算速度和处理能力，一般采用多个处理器共同协作计算求解同一问题，将问题分解成多个若干部分，每个部分由单独的处理器来并行计算，多个处理器采用某种连接方式形成集群计算资源，集群计算资源完成数据处理后，将计算结果反馈给用户。

目前大多数并行结算的多个处理器连接方式是采用网络连接方式进行的，即通过采用计算机网卡连接网络设备交换机，多个处理器计算资源之间形成局域网络，通过网卡与交换机作为介质进行数据传输，这样的方式，数据传输的速度依赖于网卡与交换机的性能，对于千兆网卡来说，传输速率很难达到1 Gbps。因为以太网控制器会把传输内容拆成小的数据包，同时还会强制加上确认信号。这类数据传输由于增加了数据包的解析和强制中断，从而降低了传输通道的效率。

并行计算系统在多个处理器之间，计算程序本机只能访问本机的内存，无法实现访问远程计算设备的内存数据，进行数据交换的方式是通过TCP连接方式进行，这种方式下，本机并行计算程序只能访问、更新当前设备内存中的计算数据和计算结果，然后计算设备之间将各自的计算数据或结果通过TCP进行数据交换，这种数据交换方式速度受限于网络传输速度，同时TCP方式接收数据时的拷贝量占用CPU的大量计算周期，普通网卡的工作过程如下: 把收到的数据包缓存到系统上，数据包经过处理后，相应数据被分配到一个TCP 连接；然后，接收系统再把主动提供的TCP 数据同相应的应用程序联系起来，并将数据从系统缓冲区拷贝到目标存储地址。这就造成了系统间的信息延迟以及主机CPU中不必要的频繁数据传输。 

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于外部PCI-E连接的高性能并行计算方法。

本发明的基于外部PCI-E连接的高性能并行计算方法，其特别之处在于，设参与平行计算的计算机设备的数量为t台，其编号分别为A、B、…、N，所述并行计算方法通过以下步骤来实现：a).连接计算机设备，首先在t台计算机设备的主板PCI-E扩展槽内分别插入PCI-E扩展卡，然后用PCI-E X16数据线将每台计算机设备上的PCI-E扩展卡与PCI-E交换机相连接，以使所有计算机设备通过PCI-E总线相通讯；b).运行并行计算程序，在t台计算机设备上分别运行并行计算程序，A编号、B编号、…、N编号计算机设备上并行计算程序的启动参数分别为-nt-s0、-nt-s1、…、-nt-s(t-1)，其中-n后的数字为参与计算的计算机设备的数量，-s后的数字为本计算机设备所执行计算的序号；c).构建虚拟内存寻址表，每台计算机设备上的并行计算程序在本机注册构建共享虚拟内存寻址表，共享虚拟内存寻址表的大小可对t台计算机设备的内存进行寻址；每台计算机设备将自身的起始虚拟地址、内存大小和内存区域的类型值构建到寻址表中，并对虚拟内存进行编号，计算机设备在寻址表中的虚拟内存序号与其所执行计算的序号相一致；d).发送虚拟内存信息，对于每台计算机设备来说，均向其余的t-1台计算机设备发送本机上并行计算程序的启动参数、本机共享虚拟内存寻址表中的信息、虚拟内存序号；e).接收虚拟内存信息，计算机设备等待并随时接收其余的t-1台计算机设备发送的信息；f).判断接收信息的正确性，每台计算机设备接收到信息后，首先判断接收数据的正确性，如果正确，则将接收的有关共享虚拟内存寻址表中的信息构建到本机的寻址表中，形成统一虚拟内存地址，执行步骤g)；如果不正确，则重新接收数据，执行步骤e)；g).判断所有计算机设备的虚拟内存地址是否均已构建完毕，如果构建完毕，则执行步骤h)；如果没有构建完毕，则执行步骤e)；h).分配计算任务，对于待计算的任务，将其分为t等份，并按照每台计算机设备所执行计算的序号依次分配给相应的并行计算程序；i).执行计算任务，每台计算机设备上的并行计算程序接收到计算任务后，利用本计算机设备所具有的计算资源对计算任务进行处理，并将计算结果存储到统一虚拟内存地址中；j).取结果，当所有的计算机设备均完成计算后，每一台计算机设备均可从统一虚拟内存地址中取得计算结果，并将计算结果提供给用户，并行计算任务结束。