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infiniband:一种新型的高速互连网络

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计算机工程与应用 2003年第9期39卷 172-175,187页

作者：贾志国赵青苹董小社吴维刚西安交通大学计算机科学与技术系西安710049

随着计算能力向数据中心的集中,消除性能瓶颈和改进系统管理变得比以往更加重要。I/O子系统是造成这类问题的关键。infiniband被认为是可以消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新的I/O技术。该文首先分析当前I/O系统的瓶颈问题,然后从IBA整... 详细信息

随着计算能力向数据中心的集中,消除性能瓶颈和改进系统管理变得比以往更加重要。I/O子系统是造成这类问题的关键。infiniband被认为是可以消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新的I/O技术。该文首先分析当前I/O系统的瓶颈问题,然后从IBA整体架构、层次结构、通信机制与VI架构、链路特性与服务质量等方面介绍了infiniband的具体情况,最后将infiniband与其它一些高性能互连网络和标准进行了比较。

关键词： infiniband 虚路径 QoS 主机通道适配器目标通道适配器

infiniband集群监控工具CLS的设计与实现

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微计算机信息 2006年第8S期22卷 76-78页

作者：陈荟慧王文义郑州大学信息工程学院中原工学院计算机系

集群的监控和管理工具多种多样,设计方法也有很多,本文综合国内外多种集群系统的性能检测工具设计方法的优点,结合面向对象设计思想,主要对infiniband网络性能监控和并行程序监控进行改进,在RedhatLinux系统下使用C语言和QT实现可视化... 详细信息

集群的监控和管理工具多种多样,设计方法也有很多,本文综合国内外多种集群系统的性能检测工具设计方法的优点,结合面向对象设计思想,主要对infiniband网络性能监控和并行程序监控进行改进,在RedhatLinux系统下使用C语言和QT实现可视化的图形监控和管理工具。

关键词： infiniband 集群系统监控网络监控 libp_cap

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infiniband交换机制的研究

微电子学与计算机 2004年第2期21卷 81-85页

作者：董小社贾志国赵青苹西安交通大学计算机科学与技术系陕西西安710049

随着计算能力向数据中心的集中,消除数据通信性能瓶颈和改进系统管理变得比以往更加重要,I/O子系统是造成这类问题的关键。infiniband是被认为可以消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新的I/O技术,这种基于交换式的I/O新技术的核心就是交换... 详细信息

随着计算能力向数据中心的集中,消除数据通信性能瓶颈和改进系统管理变得比以往更加重要,I/O子系统是造成这类问题的关键。infiniband是被认为可以消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新的I/O技术,这种基于交换式的I/O新技术的核心就是交换机。文章介绍了infiniband技术,着重分析了infiniband交换机的功能,最后给出了交换机的架构模块设计方案并对交换机的性能进行了分析与比较。

关键词：网络互连网络服务器 infiniband 交换机制计算机网络

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infiniband结构中SDP协议分析

微电子学与计算机 2004年第9期21卷 144-148页

作者：伍卫国杜哲君刘娟董小社胡雷钧西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 浪潮电子信息产业股份有限公司北京100085

infiniband是一种新型宽带互联结构,可以提高CPU之间、服务器各设备之间、网络域之间的通信速率。SDP是infiniband结构中一种轻量级通信协议,保持了TCP/IP上的SOCK_STREAM套接字语法,通过旁路操作系统内核,实现了零拷贝,从而大大提高了... 详细信息

infiniband是一种新型宽带互联结构,可以提高CPU之间、服务器各设备之间、网络域之间的通信速率。SDP是infiniband结构中一种轻量级通信协议,保持了TCP/IP上的SOCK_STREAM套接字语法,通过旁路操作系统内核,实现了零拷贝,从而大大提高了传输速率。文章介绍了infiniband的互联结构和通信模式、分析了SDP协议在系统中的结构模型。最后从缓冲模型、连接建立过程和数据传输机制等方面分析了SDP的具体执行过程。

关键词： infiniband RDMA SDP Bcopy Zcopy

infiniband接口通信控制器的研究与FPGA实现

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InfiniBand接口通信控制器的研究与FPGA实现

作者：岳杰电子科技大学

学位级别：硕士

随着计算能力逐步向数据中心的集中,数据传输的高效性和实时性变得比以往更加重要。infiniband作为统一的网络互联结构,可以提供超高带宽和超低延迟的数据传输能力,广泛应用于集群服务器、磁盘阵列和企业数据中心。在下一代无线通信系统... 详细信息

随着计算能力逐步向数据中心的集中,数据传输的高效性和实时性变得比以往更加重要。infiniband作为统一的网络互联结构,可以提供超高带宽和超低延迟的数据传输能力,广泛应用于集群服务器、磁盘阵列和企业数据中心。在下一代无线通信系统中,采用infiniband作为集中式基站互联技术,可有效改善传统互联的带宽低和实时性较差等问题。针对此背景,本文给出了一种用于集中式基站数据传输的infiniband接口解决方案,接口通过FPGA+主机通道适配器(Host Channel Adapter,HCA)实现。首先,本文在对infiniband协议进行了深入研究的基础上,对其拓扑结构、层次结构、控制机制和通信机制进行了分析,设计了FPGA+HCA的接口实现方案。接口中采用Xilinx Virtex7系列FPGA和型号为Mellanox ConnectX-3 Pro的HCA。本文同时对接口中FPGA的功能进行了划分,作为可编程逻辑器件,FPGA功能可根据实际需求灵活调整。其次,本文在分析了通信管理协议的基础之上,给出了infiniband接口中通信控制器FPGA实现的总体方案。通信控制器由接入层管理模块、通信管理模块、GMP(General Management Packet,通用管理报文)封装与解析模块、GMP发送与接收模块和QP Verb命令模块组成。通信控制器不仅能满足infiniband协议中通信链路建立与拆除的功能需求,而且具备差错控制功能。本文设计的报文封装与解析模块能支持多种不同格式管理数据包的封装与解析。本文还针对多个普通“队列对”和特殊“队列对”同时有共用资源使用请求这一现象制定了仲裁策略。最后,本文选择Vivado2015.2软件作为开发工具和仿真工具,给出了功能仿真测试方案和结果。并在Xilinx的VC707开发板上对infiniband接口通信控制器进行了实现。FPGA验证结果表明,系统能正常控制infiniband链路的建立和拆除,各个模块工作正常,满足设计要求。时序报告表明通信控制器在传输数据位宽为256 bit时,运行速率超过250 MHz,吞吐量满足通道适配器40 Gb/s需求。

关键词： infiniband 通道适配器通信控制器 FPGA

基于infiniband网络的消息传输技术研究

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四川大学学报（自然科学版） 2015年第2期52卷 275-280页

作者：叶庆刘森张严辞四川大学计算机学院视觉合成图形图像技术国家重点学科实验室成都610065

infiniband的Send/Receive通信语义中,接收请求都必须先于发送请求被提交,错误的操作则会导致数据传输的延迟或者失败,支持数据传输的队列和缓冲区的开销会随着并行规模的增大而急剧增加,严重制约了并行规模的扩大.为了解决infiniband... 详细信息

infiniband的Send/Receive通信语义中,接收请求都必须先于发送请求被提交,错误的操作则会导致数据传输的延迟或者失败,支持数据传输的队列和缓冲区的开销会随着并行规模的增大而急剧增加,严重制约了并行规模的扩大.为了解决infiniband工作请求提交顺序和内存开销的问题,进一步提高infiniband的传输效率,本文先提出了一种程序控制流的方法保证请求被正确的执行,然后提出一种共享内存缓冲区技术减少内存的开销,最后通过循环使用多个队列的办法提高infiniband的传输效率.在并行绘制的集群系统中,本文对改进后的infiniband网络的传输性能进行了测试和分析.

关键词： infiniband 并行绘制消息传输

infiniband接口配置与管理的研究及其实现

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Infiniband接口配置与管理的研究及其实现

作者：王海崧电子科技大学

学位级别：硕士

伴随着对下一代移动通信系统的深入研究,基站网络有可能面临着从传统的分布式运算向集中式运算转变。这时通信网络将面临数据流量剧增、高带宽、低时延的挑战。infiniband是克服带宽和时延瓶颈的关键技术。其具有的低时延的通道技术、... 详细信息

伴随着对下一代移动通信系统的深入研究,基站网络有可能面临着从传统的分布式运算向集中式运算转变。这时通信网络将面临数据流量剧增、高带宽、低时延的挑战。infiniband是克服带宽和时延瓶颈的关键技术。其具有的低时延的通道技术、低开销的通信方式、高可靠的通信特性,这些优势使infiniband成为目前受到关注的下一代移动通信系统的接口技术之一。本文在移动通信分布式基站向集中式基站转变的需求背景下,深入研究了IB接口的工作原理和控制管理机制,本文主要研究内容(1)infiniband协议分析,了解协议分层结构,协议优势以及每层的功能;(2)本文选取选用Mellanox的Connectx-3PRO主机通道适配器作为研究对象,深入地研究和讨论了HCA(主机通道适配器)具体的控制机制,包括命令控制寄存器控制机制和用户接入寄存器控制机制,infiniband的通信机制以及子网管理机制,;(3)研究基于FPGA的IB接口配置和管理控制器的实现思路,包括初始化配置序列的设计,自设计参数的产生等。在以上研究内容的基础上,本文设计了一种infiniband接口,此接口由FPGA和HCA设备组成,接口的一侧通过HCA连接infiniband子网,另一侧连接着用于数据缓存的DDR,此IB接口的工作原理就是通过在FPGA内部构建IB接口配置和管理控制器,对HCA进行初始化配置和管理。控制器包含HCA控制模块(HCATRL),高速协议转换模块(mapper),Special Queue Buffer模块,控制字模块(ICM)等,以达到用infiniband互联基站的射频拉远单元和基带数据处理单元。本文在设计过程中采用自定义的初始化配置方案,自定义的命令编号,多级并行状态机以及自设计的拓扑探测流程和子网监听机制等多种优化方式,并且从FPGA的角度实现了infiniband协议中的部分内容。仿真显示IB接口配置和管理控制器各项指标都以达到预期设定,IB接口控制器能在将数据位宽设定为256比特的条件下,时序能够达到250MHZ,能与吞吐率达到40Gb/s的HCA对接构成IB接口。由FPGA和HCA设备构成的IB接口能用于本文的应用场景。

关键词： infiniband 接口控制器子网管理主机通道适配器

infiniband网络架构下分布式机器学习系统MXNet的性能优化研究与实现

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InfiniBand网络架构下分布式机器学习系统MXNet的性能优化研究与...

作者：吕宝财国防科技大学

学位级别：硕士

大数据为机器学习带来了机遇与挑战,一方面大数据允许机器学习训练更加复杂精确的模型进而发掘数据中的深度价值;另一方面功能强大的模型会产生10到10数量级的参数,机器学习算法的迭代特性使得分布式节点之间需要频繁地传输这些参数,网... 详细信息

大数据为机器学习带来了机遇与挑战,一方面大数据允许机器学习训练更加复杂精确的模型进而发掘数据中的深度价值;另一方面功能强大的模型会产生10到10数量级的参数,机器学习算法的迭代特性使得分布式节点之间需要频繁地传输这些参数,网络成为分布式机器学习系统的性能瓶颈。相比于传统以太网,高性能计算领域常用到的高速互联网络Infini Band及其提供的RDMA技术具有高带宽、低延迟、低CPU负载的优势,而如今像MXNet这些先进的分布机器学习系统还没利用这种性能优势。针对上述问题,本文主要工作如下:第一,测试与分析infiniband通信机制,确定了MXNet两种优化传输策略。通过分析infiniband架构,针对Infini Band所提供的通道语义和内存语义,实验测试SEND/RECEIVE操作、RDMA WRITE操作、RDMA READ操作在不同传输模式和不同传输消息大小下的性能表现。通过测试评估,发现UC模式下的SEND/RECEIVE更适合传输小数据,RDMA READ和UC模式下的RDMA WRITE更适合传输大数据。为MXNet确定了:SEND/RECEIVE+RDMA READ策略和SEND/RECEIVE+RDMA WRITE两种优化传输策略。第二,设计和实现了两种优化传输策略,替换MXNet系统本身传输模块使其支持RDMA。由于MXNet系统中的通信开销主要来源于迭代计算过程中ps-lite架构中worker节点和server节点之间的模型参数的交互,本文通过分析并改进系统中参数传递流程使其支持RDMA传输,具体设计和实现了之前提出的两种传输优化策略。实验结果表明两种优化策略改进后的ps-lite在传输操作push/pull上比未改进的ps-lite性能提升2～3倍。在MXNet上运行具体的机器学习应用时,改进的MXNet比未改进的MXNet的运行速度提升1～3倍。通过比较两种优化策略性能上的差异以及原因,为传输不同参数大小的应用如何选择两种优化策略提供了参考。第三,测试与分析RDMA管理内存的时间开销,设计并实现了高效的MXNet消息内存管理机制。从实验测试RDMA内存注册和解注册操作在不同内存大小的开销中发现,相比于传输操作,两种操作开销不容小觑。因此提出分开管理大小消息内存的方法:小消息所用内存只注册和解注册一次,并通过memcpy实现小消息内存的重用;大消息内存发送时再注册,通过实验确定了区分大小消息的内存阈值。最后,基于Boost库提供的fast＿poll＿allocator设计和实现了支持多线程的小消息内存池,能够实现内存重用和大大减少注册和解注册操作的频率,并且通过多个小消息内存池减缓多线程的竞争。

关键词： infiniband RDMA MXNet 分布式机器学习系统

infiniband集群可视化监控系统的研究与实现

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InfiniBand集群可视化监控系统的研究与实现

作者：陈荟慧郑州大学

学位级别：硕士

集群(cluster)是指由高性能网络或局域网物理地互连的计算机(节点)的集合，是可扩展并行计算体系结构的一种具体实现方式。集群做为一种低成本、高性能的并行计算机系统，在并行处理工作中应用广泛。集群系统监控是掌握系统各节点运行... 详细信息

集群(cluster)是指由高性能网络或局域网物理地互连的计算机(节点)的集合，是可扩展并行计算体系结构的一种具体实现方式。集群做为一种低成本、高性能的并行计算机系统，在并行处理工作中应用广泛。集群系统监控是掌握系统各节点运行状况和性能发挥情况的重要手段，监控系统根据不同的结构和用途，目前的开发多种多样。本文针对目前使用带宽达20Gb／s的infiniband高性能网络搭建集群时常用的系统结构，重点研究以下几个方面：监控系统对集群造成干扰的原因和降低干扰的可行办法。监控系统对集群系统的干扰主要是频繁的数据采集和网络传输所占用的带宽，另外非法用户的入侵和闲置系统服务对系统资源的占用也是造成干扰的一个因素，文中提出可行办法改善这一状况。文中提出使用二叉树结构进行扩散式快速收集监控数据，有效提高监控数据收集效率。二叉树的分层结构有助于消息的快速扩散，且由于各个节点并行运行，信息收集时的同步效率提高。二叉树的节点增长速度较快，因此，在集群系统规模扩大时，更能体现其优越性。集群系统的安全检测是保障集群系统不受干扰、安全稳定运行的重要手段，文中根据监控系统结构，提出网络安全检测和系统安全检测的方法。最后结合集群监控软件CLS的设计和开发，研究降低监控系统对集群的干扰和扩散式收集监控数据方法的可行性，并实现相关算法。CLS采用三层监控结构，改善以往采用两层结构时对节点资源的过多占用，CLS将监控系统与集群的主控节点分离，添加监控服务器，负责监控数据的收集和安全检测，并且将大部分数据交由监控服务器处理，大大降低驻留程序在节点机上的资源占用，最后介绍监控软件的可视化开发和基于Web监控的实现方法。文中深入分析如何降低监控系统对集群的干扰以及快速准确地采集数据的方法，对于任何规模的集群，监控系统都可以正常、稳定的工作，提高监控系统的可移植性和可扩展性，本文的研究对开发大型集群系统的监控软件时，提高监控效率，降低对集群系统的干扰具有很好的应用价值。

关键词：集群监控 infiniband 数据采集 /proc 网络安全数据过滤