分區計算機系統中的動態i/o分配的製作方法
2023-10-08 16:18:04 1
專利名稱：分區計算機系統中的動態i/o分配的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及多處理機計算機系統，尤其涉及分區多處理機系統中在處理機之間的資源分配。更具體地，本發明涉及在多處理機計算機系統的節點之間共享公用的I/O部件組的方法。
技術上周知多處理器計算機系統，並且用於通過允許在幾個不同的系統處理機之間處理分割的任務而提高處理能力。在常規系統，每個處理機可訪問所有的系統資源；即，所有的系統資源，例如存儲器和I/O部件，是在所有的系統處理機之間共享的。典型地，可在處理機之間劃分系統資源的某些部分，例如，儘管各處理機能訪問共享的存儲器，該存儲器被分區以使每個處理機具有它自己的工作空間。在非均勻存儲器存取(NUMA)系統中，每個處理機具有它自己的存儲器，並且還可以訪問別的處理機所擁有的存儲器。
近來，對稱多處理機(SMP)系統已被分割以便表現成多個獨立的計算機系統。例如，具有八個處理機的單個系統可配置成把八個處理機中的每個(或者多個由一個或多個處理機組成的組)對待成一個獨立的供處理用途的系統。這些「虛擬」系統中的每個系統會具有它自己的作業系統拷貝，從而可獨立地指定任務或者可作為一個處理簇一起運行，這提供高速處理能力以及改進的可靠性。典型地，在多處理機系統中，還存在一個「業務」處理機，它管理整個系統的啟動和運行，其中包括系統配置和共享總線及部件上的到和來自特定處理機的數據路由選擇。
當在單個處理機系統中把幾個虛擬系統配置成按一個簇運行時，必須提供允許每個簇節點和該多處理機系統中的各個其它節點通信的軟體支持，以便利用任何簇通信技術進行法定人數(quorum)協商和批准、發送「心跳」和進行其它法定人數功能。當實現這一點時，若一個處理機出故障(這使該節點變成對於該簇是不可使用的)，可利用標準簇技術把分配給該節點的作業在其餘的處理機(節點)之中重新分配。
典型地，當把一個多處理機系統劃分成多個虛擬系統時，每個虛擬系統具有它自己的作業系統拷貝，並且每個虛擬系統使用相同的作業系統。由於每個處理機運行相同的作業系統，在處理機之間提供資源分配是相對容易的。
大型多處理機系統的一個特點是，由於它們通常用於大型處理作業，它們相對很少地使用典型的I/O部件，例如鍵盤、顯示器、可移動介質部件等等。但是不能去掉這些部件，因為存在不經常的需要使用它們的場合。在大型多處理機系統的每個節點內都具有這些部件造成昂貴地重複這些很少使用的部件，並且產生管理和維護設備的不必要負擔。從而，需要一種使大型多處理機系統的幾個分區或幾個節點共享單組I/O部件的手段。
從而本發明的一個目的是提供一種運行多處理機計算機系統的系統和方法。
本發明的另一個目的是提供一種改進多處理機計算機系統內的資源分配的系統和方法。
本發明的再一個目的是提供一種在多處理機計算機系統內的節點之間共享公用I/O部件組的系統和方法。
從而，提供一種允許多處理機系統的多個節點共享一組I/O部件的系統和方法。設置一個箱式輸入/輸出控制器(CI/OC)，其管理多處理機系統的節點和公用I/O部件之間的通信，以允許各節點排它地訪問它的一個或多個目標部件。各個節點經過一個業務處理機和該CI/OC通信，並且該CI/OC和不同的I/O部件以及節點的USB控制器互連。在一種替代實施例中，還包括一個USB至ISA橋路，以允許附著傳統I/O部件。在下述詳細文字說明中，本發明的上述以及其它目的、特點和優點將變為清楚。
在附屬權利要求書中敘述本發明所確信的新穎特徵。然而，在連帶附圖下閱讀下述一種示範實施例的詳細說明可最好地理解本發明本身、其優選使用方式以及其它目的和優點，附圖是
圖1是依據本發明的一種優選實施例的多處理機計算機系統；
圖2描述依據本發明的一種優選實施例的和CI/OC連接的SMP節點；圖3是依據本發明的一種優選實施例的CI/OC的方塊圖；圖4描述依據本發明的一種優選實施例的CI/OC和業務服務機的方塊圖；圖5是依據本發明的一種優選實施例的數個和集線器連接在CI/OC下遊的I/O部件方塊圖；以及圖6是依據本發明的一種優選實施例使用公用I/O系統的流程圖。
本優選實施例提供一種允許多處理機系統中的多個節點共享公用I/O部件組的箱式輸入/輸出控制器(CI/OC)。在該優選實施例中，在各個節點仍存在和諸如乙太網適配器以及相關的網絡接插件有關的I/O的其它運行期的操作。
現參照各圖，尤其參照圖1，圖1描述可在其中實現本發明的一種優選實施例的數據處理系統的方塊圖。數據處理系統100例如是可從紐約州Armonk市的國際商用機器公司購得的伺服器型計算機中的一種。數據處理系統100包括處理機101和102，在本示範實施例中它們各分別和層二(L2)高速緩存器103、104連接，後者再和系統總線106連接。
和系統總線106連接的還有系統存儲器108和主宿橋路(PHB)122。PHB 122把I/O總線112連接到系統總線106，對一條總線到另一條總線的數據事務進行中繼和/或變換。在該示範實施例中，數據處理系統100包括和I/O總線112連接的圖形適配器118，它為顯示器120接收用戶接口信息。通過工業標準體系結構(ISA)橋路121對I/O總線112連接外圍設備，例如可以是硬碟機的非易失性存儲器以及鍵盤/指點器116(指點器可包括常規滑鼠、跟蹤球等)。PHB 112還通過I/O總線112和PCI插槽124以及通用串行總線控制器126連接。
圖1中示出的示範實施例只是以解釋本發明的目的提供的，業內人士會意識到大量的形式上的和功能上的變型是可能的。例如，數據處理系統100還可包括只讀光碟存儲器(CD-ROM)或數字視盤(DVD)機、音效卡和聲頻揚聲器以及各種其它供選用的構件。所有這些變型確信是在本發明的精神和範圍之內的。數據處理系統100以及後面的CI/OC體系結構的各示例只是出於解釋的目的舉例的，並不意味著對體系結構加以限制。
現參照圖2，其中示出可作為大型多處理機系統的積木塊的節點200。節點200包括各SMP處理機202和關聯的存儲器204(可由其它處理機共享)。SMP處理機202和主宿橋路(PHB)206連接，PHB 206接著再連接到通用串行總線(USB)控制器208和PCI槽210。在本實施例中不和別的節點共享的各I/O部件212連接到(或典型地插入到)各PCI槽210中。USB控制器208是由業務處理機(SP)214控制的CI/OC 216的優選節點輸入連接件。通過節點輸入端子218，CI/OS和其它節點連接並允許它們共享I/O部件220。請注意，雖然該圖只示出一個示例節點的細節，節點200和其它節點218通過相同的CI/OC 216的節點輸入各連接到CI/OC 216。
大型多處理機系統可布置成一些較小的獨立分區或者布置成NUMA或簇。若把大型多處理機布置成NUMA或簇，可使用供選用的節點互連硬體222以得到所需的互連配置。本優選實施例的CI/OC 216用於控制並互連帶有單個公用部件集的各節點。例如，安裝在單個機架中的大型多處理機系統應包括多個計算機節點，但整個機架應只需要單個操作員終端、軟盤等。最好由業務處理機(SP)214管理CI/OC配置。每個節點含有一個USB控制器208。
現參照圖3，其描述依據該優選實施例的CI/OC的高層圖。這裡，把CI/OC 300示成和它的業務處理機302連接。還示出示範性的節點輸入端子306、308，它們允許如圖2中所示的節點連接。CI/OC 300還和公用I/O部件組304連接。最好每個大型多處理機系統只有一個CI/OC300和一個SP 302，並且所有共享公用I/O部件304的節點連接在CI/OC300的下遊上。CI/OC 300上的節點輸入端子數量是和其具體實現相關的。
現參照圖4，CI/OC 400的更詳細圖示成包括一系列的用於把節點輸入端子406和下遊的I/O部件組404相連的開關408。SP 402最多把一個節點轉接到公用I/O部件組接插件404上。由於該優選實施例提供的所有接插件是USB兼容的，這些部件是可熱插入的，即，它們可以在節點運行時插到節點上或從節點取下。激勵開關408等效於附著到下遊連接。去激勵開關等效於脫離下遊連接。SP 402根據需要把下遊部件404連接到節點輸入端子406。
現參照圖5，圖中描述示中包含著基本I/O的公用I/O系統以及各種示範的I/O部件，其中基本I/O用於啟動公用I/O連接。在該圖中，CI/OC 500連接到集線器502，在本優選實施例中它是一個USB集線器。集線器502使得來自CI/OC的通信可傳送到任何連接著的部件上。這些部件可包括鍵盤504和滑鼠506。若本機USB部件不能滿足要求，各I/O部件可包括商業上可購到的USB至ISA轉換邏輯電路508。這樣做後，可以連接傳統的部件，例如ISA軟盤機510、串行埠512和並行埠514。
可從http//www.usb.org(根據本申請的申請日期)網址處得到的並作為本文的資料的通用串行總線技術要求規定USB在由VBUS、GND、D+和D-組成的四個布線上傳送信號和功率。在二根線，D+和D-，上出現信令。在本優選實施例中，集線器502是供電集線器以向連接著的部件供電，從而它不需要來自節點USB控制器的VBUS和GND。在該實施例中，從節點USB控制器208到CI/OC 216的互連如圖2中所示，而再到集線器502的互連如圖5中所示，該互連包括USB信號D+和D-但略掉VBUS和GND。
現參照圖6，其中示出公用I/O系統的優選操作流程圖。當某節點需要某公用I/O部件時(步驟600)，它向業務處理機發送請求(步驟610)，以請求「連接」操作。若當前沒有別的節點使用該I/O通道(步驟620)，SP切換CI/OC以允許該節點和下遊部件通信(步驟630)。該節點使用該I/O部件(步驟640)，並且當結束時它指示SP斷開CI/OC連接以去連接I/O部件(步驟650)。然後該節點繼續常規地工作(660)。
在該I/O通道被別的節點使用(步驟620)，拒絕該連接(步驟670)。該節點恢復常規操作，並且可能按所需的次數重試以建立連接。由於多處理機系統的本性，這些類型的部件衝突是相對不多見的，從而不需要更為複雜的仲裁技術，儘管業內人士可實現這些仲裁技術。
儘管參照一種優選實施例具體地示出和說明了本發明，業內人士理解可以在不背離本發明的精神和範圍下對其在形式上和細節上做出各種修改。例如，必須支持大節點數量的情況下可以級聯CI/OC塊，從而每個節點和一個CI/OC連接並且可通過CI/OC部件鏈和各外圍設備通信。該以及其它修改是在後面的權利要求書的範圍內考慮到的。
權利要求
1.一種計算機系統，包括多個系統節點，每個節點至少具有一個系統處理機和一個關聯的存儲器，所述系統節點各被連接以在各自的部件埠上進行通信；一個部件控制器，其連接到所述部件埠中的至少一個埠上；以及至少一個和所述部件控制器連接的外圍設備，其中所述系統配置成執行下述步驟在直接連接上從某系統節點向所述部件控制器發送請求；通過所述控制器建立所述系統節點和所述外圍部件之間的排它性連接；以及由所述系統節點操作所述外圍設備。
2.權利要求1的系統，其中所述多個系統節點按對稱多處理機系統運行。
3.權利要求1的系統，其中每個所述系統節點共享所述外圍設備。
4.權利要求1的系統，其中所述連接是依據通用串行總線規範的。
5.權利要求1的系統，其中所述系統還配置成當所述系統節點和所述外部部件連接時執行阻止第二系統節點和所述外部部件之間的連接的步驟。
6.權利要求1的系統，其中所述控制器和多個計算機系統連接，並且在所述多個系統之中共享所述外圍設備。
7.權利要求1的系統，其中所述計算機系統是安裝在機架上的系統。
8.權利要求1的系統，其中當連接多個外圍設備時，所有所述外圍設備在所述建立步驟期間連接到所述系統節點上。
9.一種多處理機計算機系統，包括多個虛擬計算機系統，每個系統具有至少一個系統處理機以及連接成由所述處理機對其讀寫的一個存儲器；一個和所述計算機系統連接的公用輸入/輸出控制器；以及至少一個和所述控制器連接的外圍設備，其中當所述計算機系統請求時所述控制器在所述計算機系統和所述外圍設備之間建立排它的連接。
10.權利要求9的系統，其中所述多個虛擬計算機系統劃分成對稱多處理機系統。
11.權利要求9的系統，其中所述控制器連接成為所述多個虛擬計算機系統提供對所述多個外圍設備的連接。
12.權利要求9的系統，其中每個所述虛擬計算機系統經過通用串行總線和所述控制器連接，並且每個外圍設備通過通用串行總線集線器和所述控制器連接。
13.權利要求9的系統，其中每個所述虛擬計算機系統包括一個通用串行總線控制器。
14.權利要求9的系統，其中當連接多個外圍設備時，當連接所述外圍設備時把所有的所述外設連接到所述虛擬系統。
15.一種部件控制器，包括一個通信控制器；多個節點輸入端子，每個端子運行上和所述通信控制器連接；以及多個部件接插件，每個接插件運行上和所述通信控制器連接，其中所述通信控制器仲裁所述多個部件接插件的節點擁有權，並且當向某給定的節點輸入端子授予對多個部件接插件的擁有權時在該節點輸入端子和所有的所述部件接插件之間提供排它性的連接。
16.權利要求15的部件控制器還包括一個和所述多個部件接插件連接的集成的通用串行總線集線器。
17.權利要求15的部件控制器，其中所述部件接插件是通用串行總線接插件。
18.權利要求15的部件控制器，還包括一個運行上和所述通信控制器連接的工業標準體系結構部件接插件。
全文摘要
一種允許多處理機系統的多個節點共享一組I/O部件的系統和方法。設置一個箱式輸入/輸出控制器(CI/OC),其管理多處理機系統的節點和公用I/O部件之間的通信,以允許各節點排它地訪問它的一個或多個目標部件。各個節點經過一個業務處理機和該CI/OC通信,並且該IC/OC和不同的I/O部件以及節點的USB控制器互連。
文檔編號G06F13/00GK1269550SQ0010485
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月29日 優先權日1999年3月31日
發明者理察·比爾科夫斯基, 派屈克·M·布蘭德 申請人:國際商業機器公司