SOME-Bus Mimarisi Üzerinde Mesaj Geçişi Protokolünün Başarımını Artırmaya Yönelik Bir Algoritma Çiğdem İNAN, M. Fatih AKAY Çukurova Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Balcalı-ADANA

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 2 İçerik  Çalışmanın konusu ve amacı.  SOME-Bus nedir?  Mesaj Geçişi Protokolü.  Tıkanıklık ve akış kontrolü  Simülasyon bilgileri  Önerilen algoritma  Simülasyon sonuçları ve karşılaştırmalar  Sonuçlar

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 3 Çalışmanın Konusu ve Amacı  64 düğüme sahip SOME-Bus ağı için mesaj geçişi protokolünün başarımını artırmaya yönelik bir algoritma tasarımı.  Algoritmanın başarımının İşlemci Verimi, Ağ Cevap Süresi (Ağ Gecikmesi) ve Giriş Kuyruğunda Bekleme Süresi kıstaslarına göre düzenli ve yoğun ağ trafikleri altında ölçümü.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 4 SOME-Bus  Bir ağdaki bütün düğümlere eş zamanlı ve çoklu gönderim yapabilen mimarilerin bir uygulaması SOME-Bus (Simultaneous Optical Multiprocessor Exchange Bus) adı ile önerilmiştir.  Bu mimari, yüksek başarımlı bir ağ elde etmek için bir araya getirilmiş optik ve elektronik cihazlardan oluşur.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 5 SOME-Bus-Paralel Alıcı Dizisi M dalga boylu K adet fiber W dalga boylu M/W adet kanal 128 düğüm ve W=1 dalga boylu bir yapılandırma için, M=4 dalga boylu K=32 fibere ihtiyaç duyulur ve her bir düğümdeki alıcı dizisi 128 adet alıcı içerir 32x4’lük matrisler

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 6 SOME-Bus-İşlemci Arayüzü

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 7 Mesaj Geçişi Protokolü  Mesaj geçişi, paralel işlemcilerin dağıtık hafıza mimarisinde kullanılan bir programlama modelidir.  Birçok paralel işlemci arasında global bir hafızaya ihtiyaç duymadan iletişimi sağlayabilmektedir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 8 Mesaj Geçişi Protokolü  Ana fikri, her işlemcinin kendi yerel hafızasının olması ve diğer işlemcilerle mesajları kullanarak haberleşmesidir.  Yüksek başarım elde etmek için geliştirilen etkili mesaj geçişi sistemlerinin hafızaya erişim ve mesaj iletim zamanlarının düşük olması gerekmektedir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 9 Tıkanıklık  Paralel sistemlerdeki gecikme probleminin en önemli kaynağıdır.  Tıkanıklık problemi iki şekilde ele alınmıştır: tıkanıklığı önleme ve tıkanıklığı iyileştirme.  Her iki yöntem de düğümlerin çıkış kuyruklarındaki paketlerin ağ iletişiminde gecikme yaratabilme olasılıklarını ele almışlardır.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 10 Düğümlerin giriş kuyruklarındaki gecikmeler  Düğümlerin giriş kuyruklarında oluşan gecikmeler de, çıkış kuyruklarında oluşan gecikmeler kadar ağ gecikmesine katkıda bulunmaktadırlar.  Akış kontrolü algoritmaları  Önerilen çalışmaların hemen hepsinde düğümlerin tek bir giriş kuyruğuna sahip oldukları kabul edilerek algoritmalar tasarlanmıştır.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 11 Simülasyon  64 adet düğüm içeren ve her düğümde bir işlemci ve bir kanal bulunduran, mesaj geçişi mimarisi üzerine kurulmuş SOME-Bus kuyruklama ağı kullanılmıştır.  Simülasyondaki bütün iletişimin mesajları gönderme ve alma yoluyla yapıldığı, düğümlerin giriş kuyruklarında paket olduğu sürece işleme devam ettikleri, sadece giriş kuyrukları boşken durdukları ve işlenen iş parçacıklarının birbirinden bağımsız oldukları kabul edilmiştir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 12 Simülasyon Mesaj İçeriği Kaynak düğüm bilgisi Hedef düğüm bilgisi Alt kuyruk indeksi Durum dizisi Pas değeri Veri Her işlemci, başlangıçta 4 adet iş parçacığı ile işe başlamakta ve simülasyon esnasında yeni iş parçacıkları oluşturulmamaktadır. İş parçacıkları bir düğümden diğerine gönderildiklerinde vardıkları düğümün 64 adet alt kuyruğundan kaynak işlemci numarasına sahip alt kuyruğa yerleşirler. İşlemci, alt kuyruk göstericisinin işaret ettiği paketi işlemekte ve paketler gönderilirken kaynak işlemcinin alt kuyruk göstericisinin bulunduğu pozisyon paketlerle beraber gönderilmektedir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 13 Simülasyon  Gönderilen paketler ilgili alt kuyruklara yerleştikten sonra, alt kuyruk göstericisi kendilerini işaret etmeden işlem görememektedirler. 0N-1 Alt kuyruk göstericisinin bulunduğu pozisyon Alt kuyruk göstericisinin bulunduğu pozisyon gönderilmiş paketin bulunduğu yerden uzakta ise giriş kuyruğundaki paket, kendinden önceki paketlerin servis süresince bekleyecektir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 14 Simülasyon  Tp Tp, bir işlemcinin giriş kuyruğundan aldığı bir paketi ortalama işleme zamanı olup ortalaması 100 olan üstel dağılıma sahiptir. Tp, bir işlemcinin giriş kuyruğundan aldığı bir paketi ortalama işleme zamanı olup ortalaması 100 olan üstel dağılıma sahiptir.  Tt Mesajın iletim zamanı. Geleneksel mesaj geçişi uygulaması için 5 ile 100 arasında değişen, pas geçme algoritması içinse 6 ile 120 arasında değişen düzenli dağılıma sahiptir. Mesajın iletim zamanı. Geleneksel mesaj geçişi uygulaması için 5 ile 100 arasında değişen, pas geçme algoritması içinse 6 ile 120 arasında değişen düzenli dağılıma sahiptir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 15Simülasyon  Düzenli (Uniform) Trafik Düzenli trafikte hedef düğüm seçme işlemi 0 ile 63 arasında düzenli dağılım kullanılarak yapılmaktadır. Düzenli trafikte hedef düğüm seçme işlemi 0 ile 63 arasında düzenli dağılım kullanılarak yapılmaktadır.  Yoğun (Hot Region) Trafik Bir düğümün gönderdiği paketlerin %25’i düğümler arasından belirlenen %25’lik düğüm grubuna, kalanlar ise tüm ağdan düzenli olarak seçilen düğüm grubuna gönderilmektedir. Bir düğümün gönderdiği paketlerin %25’i düğümler arasından belirlenen %25’lik düğüm grubuna, kalanlar ise tüm ağdan düzenli olarak seçilen düğüm grubuna gönderilmektedir.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 16 Önerilen Algoritma

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 17 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Düzenli Trafik

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 18 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Düzenli Trafik

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 19 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Düzenli Trafik

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 20 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Yoğun Trafik

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 21 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Yoğun Trafik

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 22 Simülasyon Sonuçları ve Karşılaştırma- Yoğun Trafik

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 23 Sonuçlar  Pas geçme algoritmasından sonra düzenli trafikte işlemci verimi %4.93 artmış, ağ cevap süresi %9.41, giriş kuyruğunda bekleme süresi %19.77 azalmıştır. Yoğun trafikte ise işlemci verimi %6.02 artmış, ağ cevap süresi %5.14, giriş kuyruğunda bekleme süresi %18.31 azalmıştır.

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 24 Sonuçlar  Düşük maliyetli ek bir donanımla SOME- Bus performansını arttırmaya yönelik bir yaklaşımda bulunulmuştur.  Gelecek Çalışmalar  Ayarlanabilir eşik değerleri  Çıkış kanalına ait iyileştirmeler

I. Ulusal Yüksek Başarım ve Grid Konferansı Nisan 2009 / ODTÜ- ANKARA 25 Teşekkürler