面向网格计算机体系结构的外设部件系统及方法技术方案

本发明专利技术属于计算机体系结构领域，针对网格计算机体系结构的需求以及网格计算机系统中对网格部件和网格零件的定义提出了一种面向网格化计算机体系结构的网格化外设部件的系统实现。本发明专利技术旨在解决在网格计算机体系结构下外设部件面临的部件独立化，部件自主管理，网格化外设对网格计算机体系结构散耦合和动态部署方面的支持，外设部件的共享等问题；提出了网格化外设部件的软硬件体系结构；提供了网格化外设部件的具体设计及系统结构，包括硬件系统的结构，软件系统的模块，各软件模块的流程等。网格化外设部件对网格计算机体系结构的构建提供了支持，体现出了网格计算机体系结构所要求的松散耦合、动态、自组织等特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机体系结构领域，特别是一种面向网格计算机体系结构的外设部件设计方法及系统。
技术介绍
网格计算是人们为了解决资源大规模共享问题而提出的一种计算模式。网格最早来源于人们对高性能计算能力的追求，将LAN/WAN上地域上分布的若干高性能计算机合成一个虚拟的大计算机，解决一个大问题，或让许多用户透明地共享这些昂贵的计算、存储、设备资源。随后，人们将网格思想扩大化，用以解决Web服务、商业计算、计算机应用、网络计算环境等领域存在的问题。网格计算的主要目的可以简述为1)资源共享，即让计算机资源，包括计算能力、存储容量、大型设备、重要应用等，能自主控制，并有效地被许多用户所共享，提高资源的利用率和效能；2)互连互通，即让计算机在资源层面上互连，需要在计算、存储、设备、应用、数据、信息、甚至知识之间建立连接；同时网格要实现互通，即协同计算，解决诸如信息孤岛、应用分布的问题；3)应用服务，即让计算机应用成为一种主动服务，人们根据实际的需要动态地使用或购买计算机资源。基于网格计算的主要思想，同时为了解决传统计算机体系结构所面临的问题，一些学者提出了基于网格思想的网格计算机体系结构，如Dagger(De-coupled Architecture with Grid-key and Grid EnablingResource)，DSAG(网格化的动态自组织体系结构)等。这些网格计算机体系结构都主张对计算机系统中的资源按照其功能和服务的不同进行重新划分和组合，重组的结果就是计算机系统中的资源演化成了网格计算环境下具有网格使能特征的功能单元。这些功能单元在其自身的网格使能特性支持下，可以动态、按需地组成松散耦合的网格计算机系统。依照这些功能单元在计算机体系结构中的不同层次，可以将其称为网格部件或者网格零件。参考文献I.Foster，C.Kesselman and S.Tuecke，The anatomy of the gridEnablingscalable virtual organizations，International Journal of High PerformanceComputing Applications，2001，Vol.15，P.200-222. 孙凝晖，樊建平，Dagger一种散耦合的网格计算机体系结构，计算机研究与发展，2003，40，(12)，1731-1736。樊建平，陈明宇，网格化的动态自组织体系结构DSAG，计算机研究与发展，2003，40，(12)，1737-1742。冯登国，计算机通信网络安全，清华大学出版社，2001年3月。NCITS，ANSI X3.269-1996，SCSI-3Fibre Channel Protocol(FCP)，April1996. Julian Satran，et al，RFC3720，Internet Small Computer Systems Interface(iSCSI)，http//ietf.org./rfc.html，August 2003.
技术实现思路
本专利技术在网格计算机系统中网格零件定义的基础上提出了一种针对计算机外设部件的网格化设计及具体实现方法。本专利技术中的网格化外设部件可以用于网格计算机系统中的系统控制部件、用户终端等具体的应用场景。1.本专利技术解决的技术问题本专利技术针对外设部件解决了网格计算机体系结构中提出的资源拆分和独立化问题。Dagger、DSAG等网格计算机体系结构中提出，将原来属于一个完备的计算机系统的功能部件和资源拆分开来，使得每个功能部件都可以独立的对外提供服务。为了达到上述目标，需要寻求外设部件从计算机系统中拆分出来的入手点，为拆分出来的设备赋予独立的网络身份属性，定义网格化外设对外服务接口。本专利技术解决了作为独立网格实体的网格化外设部件的自主管理问题。在网格计算机体系结构中，部件之间的主从关系减弱，更强烈地体现为一种协作关系，因此各种独立出来的外设部件都应当具备比较强的自主控制能力。本专利技术为网格化外设设计了具有独立处理能力的硬件系统结构和资源管理、用户身份管理、权限控制等系统管理软件，解决了网格化外设部件的自主管理问题。本专利技术解决了独立的网格化外设部件与主机(在对本专利技术的阐述过程中，为了不引起概念混淆，我们将外设以外的计算机系统依然视为一个整体，称为主机)之间松散耦合关系的建立和维护问题，以及通过这种松散耦合关系构建网格计算机系统的问题。网格计算机体系结构提出了散耦合和动态部署的目标，这需要来自计算机部件的支持。网格化外设部件在设计中体现了接口标准化、服务化，面向网络的即插即用，智能互连、意外自动处理等实现对散耦合和动态部署支持的特性。本专利技术实现了一种新的对计算机外设资源共享方式的支持。网格计算和网格计算机的主要追求目标就是资源的大规模共享，网格化外设的设计也理所当然地以实现资源共享为目标。此前计算机外设部件的共享过程主要是RPC调用，远程显示系统等共享方式。这些共享方式为被共享部件所属的计算机系统增加了系统开销，而且共享的范围、规模，共享者对被共享部件的控制能力也都受到了局限。本专利技术在将外设部件独立化的基础上，实现了一种基于设备复用机制的的多个主机对同一外设的共享方法。这一基于设备复用机制的资源共享方式可以提高共享的范围和规模。此外，与以往计算机系统中的部件共享机制不同，本专利技术中计算机主机对被共享外设部件的控制能力可以达到与对本地外设部件同等控制能力水平。2.本专利技术的体系结构模型网格化外设部件的体系结构可以从硬件和软件两个层面上来说明，其硬件体系结构如图1所示，软件体系结构如图2所示。在硬件层次上，网格化外设部件包括一个传统的外设部件和一个外设网格功能模块。网格化外设中的外设部分与传统的外设部件相同。网格功能模块主要在硬件层次上完成三部分功能1)将外设部件连接到网络，提供网格化外设部件面向网络的硬件接口；2)完成对外设部件和网络接口部件的控制功能；3)为系统提供处理和存储能力。为完成上述三部分功能，网格功能模块主要包括以下几个子模块1)CPU和存储器，为设备控制、系统软件运行提供处理和存储能力，这个存储包括内存和外存；2)多设备控制器，控制网络接口模块和外设部件(也可以是相设备的控制卡)的运行；3)网络接口，完成网络接入和通信功能；4)外设接口，连接外设。在软件层次上，网格化外设部件分为设备驱动程序，设备接口模块，系统软件，网络协议栈和网卡驱动程序等模块。设备驱动程序完成设备的驱动工作。设备接口模块实现了网格化外设部件与计算机主机之间数据传输的消息化，在这里外设与主机之间传输的数据被定义成了一系列标准的消息格式。系统软件主要完成网格化外设的自主管理功能，包括一个操作系统内核和数据处理、智能互连、安全控制、复用管理等软件模块。网络协议栈和网卡驱动程序部分完成网格化外设的数据通信功能，以支持网格化外设与主机之间通过TCP/IP网络进行互连。3.本专利技术的技术实现方案本专利技术的实现可以分为硬件系统和软件系统两个方面，其中软件系统又可以分为若干模块。3.1硬件系统的实现本专利技术的硬件实现采用SoC(System on a Chip，即片上系统)技术，采用如图1所示的系统结构。硬件设计将处理器、内部存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向网格计算机体系结构的外设部件系统，其特征在于，整个系统由外设和外设网格使能模块组成，两者之间通过外设接口连接，外设网格使能模块由多设备控制器、ＣＰＵ、网络接口、内部存储器、外部存储器和外设接口组成，其中多设备控制器、ＣＰＵ、内部存储器、外部存储器之间通过内部总线连接，网络接口和外设接口通过外部总线连接到多设备控制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃冬，杨毅，孙毓忠，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]