一种基于胖树拓扑的屏障操作网络系统、装置及方法

本发明公开了基于胖树拓扑的屏障(Barrier)操作网络系统、装置及方法。该系统包括在多处理机系统的数据互联网络中，使用交换机节点作为屏障树的根，处理机节点作为屏障树的叶子。交换机节点包括屏障模块，用于归约和分发的过程中。保证屏障操作的可靠性方面，对接收屏障归约包采用应答方式，对接收屏障分发包，采用催促方式。通过单比特标识的方式，对多次屏障操作进行区分。通过出错率统计，获取当前交换机的链路出错率，自动对超时重传参数进行调整。其保证了网络传输的可靠性，提高了网络传输的效率即低延迟性，达到功能和性能的双重保证。

1.一种基于胖树拓扑的屏障操作网络系统，其包括在多处理机系统的数 据互联网络中，其特征在于，使用交换机节点作为屏障树的根，处理机节点作 为屏障树的叶子。
2.根据权利要求1所述的屏障操作网络系统，其特征在于，所述交换机 节点包括屏障模块，用于在归约和分发的过程中，对收取屏障归约包过程采用 应答方式，对收取屏障分发包过程采用催促方式，保证屏障操作的可靠性。
3.根据权利要求2所述的屏障操作网络系统，其特征在于，所述屏障模 块还用于通过单比特标识的方式，区分多次屏障操作。
4.根据权利要求2或3所述的屏障操作网络系统，其特征在于，所述屏 障模块还用于通过出错率统计，获取当前交换机的链路出错率，自动对超时重 传参数进行调整。
5.根据权利要求2或3所述的屏障操作网络系统，其特征在于，所述屏 障模块包括组配置模块，屏障状态机，屏障包分组模块，超时计数模块，其中： 所述组配置模块包括叶子配置寄存器和父端口配置寄存器，用于确定屏障 组中节点间的互联关系； 所述屏障包分组模块用于将包按照屏障组号进行分类，以及将每个组的屏 障包翻译为各类事件； 所述屏障状态机包括多个组状态机，以及调度状态机； 所述超时计数模块，用于控制重传及催促事件的产生。
6.根据权利要求5所述的屏障操作网络系统，其特征在于，所述组状态 机对属于本组的屏障数据包进行处理，各组产生的屏障数据包经过调度状态机 调度后发至下一级节点； 所述组状态机包括屏障归约状态寄存器，该归约状态寄存器用来记录屏障 操作过程中的各种状态信息； 该组状态机还包括屏障完成状态位，该状态位记录了屏障分发操作的完成 状态。
7.根据权利要求5所述的屏障操作网络系统，其特征在于，所述屏障模 块还包括链路状态监测模块，用于动态获取链路状态信息，并根据链路状态信 息，动态设置重传及催促超时阈值，供超时计数模块使用。
8.一种交换机，其特征在于，包括屏障模块，用于在归约和分发的过程 中，在可靠性保障方面，对收取屏障归约包过程采用应答方式，对收取屏障分 发包过程采用催促方式。
9.根据权利要求8所述的交换机，其特征在于，所述屏障模块还用于通 过单比特标识的方式，区分多次屏障操作。
10.根据权利要求9所述的交换机，其特征在于，所述屏障模块还用于通 过出错率统计，获取当前交换机的链路出错率，自动对超时重传参数进行调整。
11.根据权利要求8或9所述的交换机，其特征在于，所述屏障模块包括 组配置模块，屏障状态机，屏障包分组模块，超时计数模块，其中： 所述组配置模块包括叶子配置寄存器和父端口配置寄存器，用于确定屏障 组中节点间的互联关系； 所述屏障包分组模块用于将包按照屏障组号进行分类，以及将每个组的屏 障包翻译为各类事件；所述事件包括归约、分发、归约应答和分发催促事件； 所述屏障状态机包括多个组状态机，以及调度状态机； 所述超时计数模块，用于控制重传及催促事件的产生。
12.根据权利要求11所述的交换机，所述屏障模块还包括链路状态监测 模块，用于动态获取链路状态信息，并根据链路状态信息，动态设置重传及催 促超时阈值，供超时计数模块使用。
13.一种基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于，包括下列步骤： 步骤A，根据胖结拓扑结构对屏障操作系统的屏障树中的交换机节点进行 配置； 步骤B，当交换机节点处于空闲状态时，则响应与当前序号不同的催促包， 等待与当前序号相同的屏障归约包； 步骤C，在交换机节点接收到与当前屏障序号相同的屏障归约包后，响应 与当前序号相同的屏障归约包，以超时重传的方式，对所有屏障归约包返回响 应包，进行屏障归约； 步骤D，当归约过程完成时，则响应与当前序号相同的屏障分发包，接收 屏障分发包的过程采用超时催促的方式，对接收到的屏障分发包进行组播分 发，然后转到步骤B，进入空闲状态。
14.根据权利要求13所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述步骤D中，进行屏障分发，还包括下列步骤： 对屏障完成状态位取反。
15.根据权利要求13或14所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征 在于，所述步骤C中，响应与当前序号相同的屏障归约包，以超时重传的方 式，对所有屏障归约包返回响应包，进行屏障归约，包括下列步骤： 步骤C1，当收到屏障归约包后，检查屏障归约包中的屏障序号；若与当 前序号一致，则复位相应归约状态寄存器的状态位，转至步骤C2；否则丢弃； 同时，对所有的屏障归约包，回复应答包，应答包中的序号采用屏障归约包中 的序号； 步骤C2，归约状态寄存器为全0时，屏障模块发出屏障归约包，并控制 超时计数模块启动应答超时计数，转到步骤S330′；否则转至步骤S320′； 步骤C3，当收到应答包，且应答序号与当前序号一致后，则复位应答超 时计数，完成此次超时动作，转至步骤SC4；如果应答超时计数达到阈值，则 重发屏障归约包； 步骤C4，等待屏障分发包。
16.根据权利要求15所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述阈值由链路状态监测模块设置。
17.根据权利要求16所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述链路状态监测模块包括链路状态测试和超时阈值设置，链路状态监测模块 中设置两个计数器，一个记录出现CRC错误包的个数，初始化为1，另一个 记录所有数据包的个数，两个计数器的比值即出错率： r＝C_error/C_total； 其中，C_error值不为0。 超时阈值Ack_Thres＝K/r，其中K为常数。
18.根据权利要求15所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述步骤C还包括下列步骤： 步骤C1′，在操作过程中，当端口收到屏障归约包，就将归约状态寄存 器中对应端口的状态位复位，当归约状态寄存器的值为全0时，引发该节点归 约完成事件，将屏障归约包发送至父端口； 步骤C2′，通过归约状态寄存器中的序号位，区分连续两次屏障操作， 只有与当前序号位相同的屏障归约包才对归约状态寄存器进行修改。
19.根据权利要求14所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述步骤D中，响应与当前序号相同的屏障分发包，对屏障完成状态位取反， 采用超时催促的方式，进行屏障分发的过程，包括下列步骤： 步骤D1，完成归约过程的交换机节点，在启动应答超时计数的同时，启 动屏障分发包超时催促计数；在催促计数达到阈值后，若还未收到屏障分发包， 则向父端口发出分发催促包，催促父节点进行屏障分发包的发送； 步骤D2，如果是根节点，则在完成屏障归约过程后，节点的屏障模块使 用当前屏障序号位填充屏障分发包，  转至步骤D3；如果不是根节点，则在收 到屏障分发包，且分发包中序号与当前序号位相同时，转至步骤D3； 步骤D3，节点的屏障模块向叶子配置寄存器中的有效端口发送屏障分发 包，并置位屏障完成状态位为1，转至步骤D4； 步骤D4，如果收到屏障催促包，若屏障完成状态位为1，且催促包的序 号位与当前屏障序号不同，则节点的屏障模块重发屏障分发包，用屏障序号位 取反后的值填充重发的屏障分发包。
20.根据权利要求19所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述阈值由链路状态监测模块设置。
21.根据权利要求20所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述链路状态监测模块的功能包括链路状态测试和催促阈值设置，链路状态监 测模块中设置两个计数器，一个记录出现CRC错误包的个数，初始化为1， 另一个记录所有数据包的个数，两个计数器的比值即为出错率： r＝C_error/C_total； 其中，C_error值不为0。 其中，催促阈值Dun_Thres＝(K’×L)/r，其中K’为常数，L是节点在 屏障树中的层数。
22.根据权利要求19所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征在于， 所述步骤D还包括下列步骤： 步骤D1′，判断如果为根节点，则当完成屏障归约过程时，向叶子配置 寄存器中的有效端口发送屏障分发包，屏障分发包使用当前的屏障序号位标 识，同时置位屏障完成状态位； 步骤D2′，如果不是根节点，则从父端口收到一个屏障分发包后，节点 的屏障模块就置位屏障完成状态位，并向叶子端口转发该屏障分发包。
23.根据权利要求13或14所述的基于胖树拓扑的屏障操作方法，其特征 在于，所述步骤A包括下列步骤： 步骤S110，通过配置交换机中组配置模块中的叶子配置寄存器和父端口 配置寄存器，确定一个屏障组中节点间互联关系； 步骤S120，使用组配置模块中叶子配置寄存器的值，设置屏障状态寄存 器的初始值； 步骤S130，在进行屏障操作前复位屏障完成状态位。