[发明专利]一种科学计算应用影像区交换通信模式的卸载实现方法

权利要求书

1.一种科学计算应用影像区交换通信模式的卸载实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)通过基于复用策略的缓冲区管理机制进行传输数据的注册、管理与注销操作，以消除网络接口卡到科学计算应用程序缓冲区的不必要副本，提高网络带宽并减少通信延迟；

(b)数据的传输采用远程直接数据存取的方法，根据影像区交换通信模式中传输数据的大小与进程间的数据依赖情况，灵活地选取多种传输协议；

(c)将网络接口卡中的传输通道分为共享RDMA通道与独占RDMA通道，使密集通信或传输数据量数倍于单一报文可以携带的数据量的两进程间构建独占的RDMA通道进行数据通信，而其余进程间通信则共享部分通道实现。

2.根据权利要求1所述的科学计算应用影像区交换通信模式的卸载实现方法，其特征在于，所述步骤(a)的具体过程为：

当用户需要注册一块用于后续发送或接收数据的内存区域时，不直接使用系统函数申请，而是调用内存接口，完成内存区域的申请以及锁定操作；当用户需要对该区域进行RDMA通信时，则可以直接将该区域作为传入或接收参数进行操作；

(a-1)每个通信节点内构建一块合适大小的内存区域pin-memory-space，该内存区域将通过系统函数固定在物理内存中，不允许操作系统进行物理页的换进换出；

(a-2)每个通信节点内会有一块内存区域swap-memory-address，保存将与本节点发生通信的其他节点的远程内存信息；

(a-3)当某一通信节点需要申请一块用于影像区交换通信的内存区域时，将调用特定的注册函数在pin-memory-space区域进行申请与赋值，该过程会记录此内存块的引用次数；同时，该内存块的地址以及大小等信息，会通过小报文传输的方式通知对方节点，以更新对方的swap-memory-address区域内容；

(a-4)当某一通信节点与其他节点的通信区域使用完毕需要释放时，调用相应的注销函数，会将pin-memory-space区域中相应内存块的引用计数设置为0，同时通知对方节点删除swap-memory-address区域的远程内存信息；

(a-5)每个通信节点内的pin-memory-space区域会在内存申请和释放时进行整理，整理过程主要为：当新申请内存块大小与现有区域中引用计数为0的块匹配时，直接返回该内存块地址并更新块大小信息；当pin-memory-space区域不足以释放新申请内存块时，进行内存整理消除内存碎片，再重新进行内存分配；当内存空间仍不够时，调用系统函数开辟新的内存空间并进行锁定，以拓展pin-memory-space区域的大小；当需要释放内存块时，会判断当前已利用区域占总pin-memory-space区域大小的比例，若利用率较低则会调用系统函数，释放部分内存区域，以减少不必要的内存锁定。

3.根据权利要求1所述的科学计算应用影像区交换通信模式的卸载实现方法，其特征在于，所述步骤(b)的具体过程为：

(b-1)如果影像区交换通信模式中的邻接进程间待交换的数据量较小，采取小报文传输协议；即当数据较小时，将整个待传输的数据直接放入单个报文中，网络接口卡可以直接从这种报文中采取数据或者发送数据；该方式使得数据的传输直接依靠报文最大传输长度的剩余部分完成，而不是放置在内存中通过RDMA进行拷贝转移，节省了源存储器的访问延迟，高效的支持小数据的快速远程通信；

(b-2)如果影像区交换通信模式中的邻接进程间待交换的数据量较大，采用RDMA_GET和RDMA_PUT操作进行数据传输；即数据大小较大时，超过了数倍于单一报文可以携带的数据量，或者是数据块的传输；RDMA_PUT方式中网络接口卡通过内部的DMA部件获取数据并将其打包成一系列的数据包发送到网络，当数据包在到达目的地后会被写入目标存储器中；RDMA_GET方式中网络接口卡将其请求描述发送至目标节点，在请求包到达目的地后，将从目的地存储器读取数据并将其打包成一系列数据包返回到源存储器。

4.根据权利要求1所述的科学计算应用影像区交换通信模式的卸载实现方法，其特征在于，所述步骤(c)的具体过程为：

(c-1)构建共享RDMA通道，与其他所有待通信的进程进行消息传递；共享通道中的通信资源被等分，用于发送或接受当前节点内所有进程的RDMA传输请求，不同的请求之间采用流水线执行以提高带宽；

(c-2)构建独占RDMA通道，与某些固定通信的进程进行消息传递；独占通道中的通信资源仅供两个通信进程(发送和接收)使用，消息发送管理通信资源，并使用RDMA_PUT进行数据传输，独占通道具有更低的延迟。