[發明專利]一種多機虛擬環境下實現資源共享的通信系統及通信方法

有效

• 申請號: 200610113638.1
• 申請日: 2006-10-10
• 公開（公告）號: CN101163133A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: 馬一力;馮碩;沈玉良;宋震
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L12/28
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 高存秀

技術領域

本發明涉及計算機通信技術，特別涉及一種在多機虛擬環境下實現資源共享的通信系統及通信方法。

背景技術

隨著電子技術和信息技術的發展，構成計算資源的基本部件，如CPU、內存等已經實現了標準化大批量的生產。使得標準化的個人計算機和低端服務器性能迅速上升，成本迅速下降，計算資源的生產總量相對于需求已經由緊缺轉向飽和，甚至過剩。但是，計算資源的分配是不均衡的。在個人計算領域，通過大量生產的個人計算機可以獲得充足的計算能力，卻沒有非常強大的需求。另一方面，在高端科學計算領域和商業計算領域，需要超強的計算能力和輸入輸出(I/O)帶寬構成的超級計算環境，卻由于技術的限制，無法滿足應用的需求。造成這種矛盾的主要原因是資源聚合和共享方面的限制。具體來講，高端科學計算和商業計算需要超過個人計算機幾十倍甚至上百倍的計算資源，而在一臺計算機的范圍內，單純依靠硬件頻率的提升和電路密度的增加，很難滿足這樣的需求。解決問題的方法是多個計算資源的聚合，就是集中多個標準計算部件，組合成為超級計算機，滿足高端計算的需求。

現有計算資源聚合的主要方法有緊耦合的對稱多處理(SMP)結構和松耦合的集群(cluster)結構。對稱多處理結構通過內部總線連接多個處理器，多個處理器共享同樣的物理內存。集群結構使用高速網絡連接多個標準化計算機，每個計算機擁有各自獨立的內存，通過消息通信的方法實現多個計算機之間的資源共享。

這兩種方法各有優缺點。SMP結構中，多處理器的資源共享由主板芯片組的硬件完成，處理器間的通信延遲小，而且不用占用CPU進行通信，比較適合于進程粒度比較小，交互頻繁，資源交叉共享較多的場合，如大規模數據庫應用，數據搜索，數據挖掘等高端商業計算。它的缺點是，由于高頻電信號設計的限制，高速并行總線的擴展能力有限，系統中處理器的數目和物理內存總量都受到了限制，最終嚴重制約了系統的規模。

cluster結構中，由于使用松耦合的網絡結構進行連接，計算機模的擴展所受的限制較小，可以比較容易地構建到幾百臺以上的計算環境，比較適合計算資源需求高，進程粒度大，資源共享比較少的大規模科學計算。cluster結構的缺點是，由于計算機之間的通信是通過訪問通信設備進行的，計算資源，尤其是內存資源無法直接共享，不可避免地花費計算資源，用軟件進行通信處理，導致通信延遲增加，和計算資源的損耗。另外，cluster結構需要由軟件顯式設計計算的并行性，增加了應用程序開發的難度；cluster結構需要對操作系統核心進行較大修改，也限制了通用商品化軟件的應用。所以cluster結構更適合專用計算系統。

在目前的高端應用中，高端商業計算的計算規模需求低于科學計算，但是應用范圍比科學計算廣泛，需求更加強烈，而用傳統方法設計的SMP結構的計算機系統設計難度大，造價高，規模有限，導致高端商業應用所需要的計算資源緊缺。設計多計算機之間的軟件透明的資源共享系統，充分利用現有標準低端服務器豐富的軟硬件資源，構造大規模可擴展的SMP結構服務器系統，緩解高端商業應用計算資源壓力，是急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是克服用傳統方法設計的對稱多處理結構的計算機系統設計難度大、造價高、規模有限的缺陷，從而提供一種在虛擬機環境下易設計，造價低廉，擴展方便的通信系統及方法，并以此為基礎，用多計算機構建虛擬計算環境。

為了實現上述目的，本發明提供了一種多機虛擬環境下實現資源共享的通信系統，用于實現對至少包含兩臺計算主機的多機虛擬環境中的硬件資源的共享，包括至少兩個用于模擬總線訪問行為的總線虛擬資源模塊，至少兩個用于傳遞不同計算主機間資源訪問請求和資源訪問結果的資源共享模塊，和一臺為資源共享數據通信提供數據通路，并整合所有共享資源的資源共享交換機，一個所述的總線虛擬資源模塊與一臺計算主機連接，該總線虛擬資源模塊還與一個所述的資源共享模塊電連接，所述的資源共享模塊通過網絡與所述的資源共享交換機連接；其中，

所述的總線虛擬資源模塊包括總線資源模擬單元和遠程通信單元，所述的總線資源模擬單元模擬多機虛擬環境中的所有共享硬件資源，并響應計算主機對資源的訪問，執行遠程計算主機對共享資源的請求；所述的遠程通信單元將本地計算主機對資源和訪問請求轉發到相連接的資源共享模塊，并獲取資源共享模塊返回的資源訪問結果，以及獲得遠程計算主機對共享資源的訪問請求，并將資源訪問的執行結果轉發到所述的資源共享模塊；