CN115174501A - 一种用于网内聚合传输的服务***和服务方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于网内聚合传输的服务***,包括:接收服务器和发送服务器,其中,接收服务器生成多个聚合任务,每个聚合任务包括:全局唯一ID号、发送服务器数量、发送服务器的ID号、发送服务器地址和用于获取键值对数据的信息;接收服务器准备接收空间,并且将所述接收空间通知发送服务器;接收服务器创建发送任务,并将所述发送任务通知发送服务器;发送服务器基于所述发送任务和所述存储空间的信息,创建分组,所述分组包括聚合后的所述键值对数据;接收服务器收到发送服务器发送的分组后,解析分组,将数据放入放入所述存储空间。本发明还对应提出了一种方法,本发明适用于针对聚合任务存在多个发送者、接收者的多任务场景,极大的扩展了通用性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络传输领域和分布式***领域,更具体地,涉及一种用于网内聚合传输的服务***和服务方法。
背景技术
不同的聚合传输协议能够提供的服务类型有一定的差异。针对分布式机器学***等的共享。本提案提出的通用网内聚合传输协议也可以向上层用户提供多租户、多作业的聚合服务,但其面向的作业为更广泛的分布式聚合作业,因而具备更大的通用性。
SwitchML和ATP仅面向分布式机器学习训练这一种上层应用,因而并没有对服务框架进行额外的设计。ATP仅仅简单地使用了多线程来加速分组处理,ATP的每个工作节点上有一个集中的调度器用来接收从应用层发送到的梯度张量,调度器将该张量分配给一个线程进行发送,由调度器来维护每个线程上的总负载,从而保证各线程上的负载均衡。
现有的基于网内聚合的聚合传输协议的设计都与特定的应用相耦合,为此我们设计了一个通用的网内聚合传输协议,相应地设计了一套应用服务框架。该服务框架在终端主机上设置了一个持久化的代理,通过代理与各种各样的分布式聚合应用进行通信,具体来说是与不同的应用插件进行交互,应用可以同时提交多个聚合任务并对它们同时进行聚合,因而服务框架向上层用户提供多租户、多作业的聚合服务。
发明内容
针对背景技术中的问题,一种用于网内聚合的服务***,包括:接收服务器和发送服务器,其中,接收服务器生成多个聚合任务,每个聚合任务包括:全局唯一ID号、发送服务器数量、发送服务器的ID号、发送服务器地址和用于获取键值对数据的信息;接收服务器准备接收空间,并且将所述接收空间通知发送服务器;接收服务器创建发送任务,并将所述发送任务通知发送服务器;发送服务器基于所述发送任务和所述存储空间的信息,创建分组,所述分组包括聚合后的所述键值对数据;接收服务器收到发送服务器发送的分组后,解析分组,将数据放入放入所述存储空间。
本发明还提出了一种用于网内聚合传输的服务方法,包括:
接收服务器具有一个主调度线程和多个工作线程,主调度线程生成多个聚合任务,每个聚合任务包括:全局唯一ID号、发送服务器数量、发送服务器的ID号、发送服务器地址和用于获取键值对数据的信息;
接收服务器为所述聚合任务分配接收缓存,并通知每个发送服务器接收缓存的信息;
发送服务器基于所述发送任务和所述接收缓存,创建发送任务,所述发送任务包括:所述聚合任务的ID号、发送服务器的信息和所述接收缓存的信息,
其中接收服务器具有一个主调度线程和多个工作线程,发送服务器具有一个主调度线程和多个工作线程,接收服务器和发送服务器的主调度线程共享控制信道,接收服务器的主调度线程和多个工作线程之间共享专属数据信道。
本发明为分布式计算提供了一个通用的实现方法,本发明的方法的交互流程也具备一般性,可以应用到其他的具备多个发送者、接收者的多任务场景下。
附图说明
为了更容易理解本发明,将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本发明。这些附图只描绘了本发明的典型实施方式,不应认为对本发明保护范围的限制。
图1为本发明的服务***的一个实施方式的流程图。
图2为实施本发明的方法的一个实施方式的结构原理图。
图3为实施本发明的服务***的另一个实施方式的结构原理图。
图4为本发明所使用的通用分组数据格式的一个实施方式的示意图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施方式,以便于本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所列举的实施例不作为本发明的限定,在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合,其中相同的部件用相同的附图标记表示。
第一实施方式
如图1所示,本发明的服务***包括多个服务器,每个服务器包括:应用接口单元、主调度单元、工作单元。本发明的服务器可以是一个计算机程序实现的代理软件,用来服务上层应用软件。应用软件通过插件与服务器通信或集成在一起。多个服务器可以组成一个聚合任务的服务器集群。
上层应用生成用于聚合的键值对数据,通过应用接口单元传输给接收服务器的主调度单元。每一个聚合任务具有全局唯一ID号task_id。主调度单元创建多个聚合任务,每个聚合任务包括:<task_id,num_snd_task,List<dstIP,snd_id,app_data>>,其中num_snd_task表示聚合任务中的发送服务器数量,List列表中记录了每一个发送服务器的IP地址dstIP、发送服务器全局ID snd_id以及键值对数据app_data(也可以是用于从上层应用中获得键值对数据的特定信息)。每一个聚合任务被分配给N个工作单元中的一个,由该工作单元进行处理。
另外,接收服务器的主调度单元为每一个聚合任务准备一个接收空间<addr,size>,该接收空间被分配给N个工作单元中的一个,分配方式可以是对task_id进行哈希函数运算hash(task_id)后,分配给工作单元中的一个。未来,接收服务器监听带有task_id的分组,分组被放入对应的接收空间。在准备好接收空间后,接收服务器将接收空间的信息发送给每一个发送服务器。接收服务器的主调度单元可以以元数据<addr,size>的形式通知List<dstIP,snd_id,app_data>表中的每个发送服务器的主调度单元数据已经准备好,存放在存储空间的开始位置addr和大小size。
然后,接收服务器的主调度线程根据所述聚合任务生成num_snd_task个发送任务,通知聚合任务中的List<dstIP,snd_id,app_data>记载的每个发送服务器它的发送任务<dstIP,snd_id,app_data>,发送服务器的发送任务<dstIP,snd_id,app_data>包括如下信息:每一个发送服务器的IP地址dstIP、发送服务器全局ID snd_id,以及键值对数据app_data。
对于发送服务器,当List<dstIP,snd_id,app_data>中的发送服务器接收到发送任务<dstIP,snd_id,app_data>后,发送服务器的主调度单元创建一个发送任务<task_id,snd_id,addr,size>,其中snd_id表示发送服务器全局ID。该发送任务被分配给发送服务器的N个工作单元中的一个,分配方式可以是对task_id进行哈希函数运算hash(task_id)后,分配给工作单元中的一个。发送服务器和接收服务器使用的哈希函数可以是一样的。
接收服务器和发送服务器都包括一个主调度单元和多个工作单元。主调度单元具有控制通道(例如接口或信道),用于与其他服务器或者其他外部设备(例如网卡)之间传递控制信息。工作单元可以设定为发送方,用于发送聚合任务,也可以设定为接收方,用于接收聚合任务。主调度单元和每个工作单元之间具有数据通道(例如接口或信道),用于传递数据,也就是说,主调度单元可以把聚合任务分发到每一个工作单元。在一个实施方式中,当服务器与网卡进行通信时,每个数据通道与网卡关联一个收发对(tx/rx发送-接收对),用于传输数据,例如键值对数据。
发送服务器和接收服务器还包括网卡NIC单元,每个工作单元主动轮询网卡与之交换数据。发送服务器的工作单元从任务队列中取出任务,并按顺序处理每个发送任务,将每个发送任务的数据推送到网络中,并在发送任务结束时发送结束信号。接收服务器的工作单元接收到分组后,将分组分类到对应的接收缓存<addr,size>。在发送服务器和接收服务器之间的交换机将会按照约定的传输协议来执行聚合操作。接收服务器将会收集到每个发送任务的结束信号,一旦所有的发送任务都结束,接收服务器从交换机中拉取到中间结果,所有的结果会合并到一起放入到内存当中,任务号为task_id的聚合任务会被标记为已完成,放入到完成队列中。
第二实施方式
如图2所示,第二实施方式提出了一种方法。
S100,接收服务器生成一个具有全局唯一ID号task_id的聚合任务。聚合任务包括如下信息:<task_id,num_snd_task,List<dstIP,snd_id,app_data>>,其中num_snd_task表示聚合任务中的发送服务器数量,List列表中记录了每一个发送服务器的IP地址dstIP、发送服务器全局ID snd_id以及键值对数据app_data(也可以是用于获得键值对数据app_data的特定信息)。
S101,接收服务器准备一个接收存储空间<addr,size>,addr表示存储空间的开始位置addr,size表示存储空间的size,并且以元数据<addr,size>的形式通知List中的发送服务器,其中通知信息还包括聚合任务ID号task_id的。
S102,接收服务器创建num_snd_task个发送任务,通知List中的每个发送服务器它的发送任务<dstIP,snd_id,app_data>,发送服务器的发送任务<dstIP,snd_id,app_data>包括如下信息:每一个发送服务器的IP地址dstIP、发送服务器全局ID snd_id,以及键值对数据app_data。通知信息还包括聚合任务ID号task_id的。
S103,发送服务器收到发送任务<dstIP,snd_id,app_data>和元数据<addr,size>后,发送服务器创建一个发送任务<task_id,snd_id,addr,size>,其中snd_id表示发送服务器的全局ID。该发送任务被分配给发送服务器的N个工作单元中的一个,分配方式可以是对task_id进行哈希函数运算hash(task_id)后,分配给工作单元中的一个。发送服务器和接收服务器使用的哈希函数可以是一样的。
S104,接收服务器监听带有task_id的信息,收到发送服务器的数据后,解析分组,放入对应的存储空间<addr,size>。
第三实施方式
第一实施方式中的服务器之间可以组成一个分布式服务***,如图3所示,所述服务***包括多个服务器,每个服务器完成如上所述的功能。
在每个服务器上设置了一个持久化的代理用来服务上层应用,应用通过插件与服务***进行集成,从而可以同时提交多个聚合任务给服务***。每个代理包括一个主调度器线程和多个工作线程。图3展示了代理的体系结构,其中代理中的线程作为聚合任务中的发送者或接收者持久化地执行多个聚合任务。服务***的实现上,在所有调度线程上构建了一个控制信道,在每个调度线程和所有工作线程上构建了N个数据信道,每个数据信道都在网卡上关联了一个tx/rx发送-接收对。控制信道传递控制信道的同时,N个数据信道传输键值对数据。
初始化聚合任务:应用中的接收者(接收服务器)使用全局唯一的ID号task_id来初始化一个聚合任务。插件首先通过IPC(Inter-Process Communication,进程间通信)提交一个请求<task_id,num_snd_task,List<dstIP,snd_id,app_data>>给其局部的调度线程。num_snd_task表示任务中的发送者(发送服务器)数量,List列表中描述了每一个发送者,包括其IP地址、发送者ID以及从上层应用中用于获取键值对数据的特定信息。
准备接收者(接收服务器):调度线程为任务在内存中分配一个接收缓存<addr,size>,通过哈希函数(例如hash(task_id))将这块接收缓存分配给N个工作线程中的一个,然后将一个聚合任务放入到接收任务队列中。在接收到头部带有task_id的分组时,分组将会被分类并放入到对应的接收缓存中。然后,接收者的调度线程生成num_snd_task个发送者任务,通过控制信道通知每个发送者服务器的调度线程它的发送者任务<task_id,snd_id,app_data>。
准备发送者(发送服务器):发送者的调度线程接受发送任务,并通告接收者应用的插件,该插件监听者控制信道中带有task_id的键的子信道。插件解析app_data,在内存中准备键值对数据,以元数据<addr,size>的形式通知发送者的调度线程数据已经准备好,存放在内存中从addr开始的size大小的位置。
调度发送者(发送服务器):发送者的调度线程通过消息<task_id,snd_id,addr,size>创建一个发送任务,使用与接收者相同的哈希函数hash(task_id)将该任务分配给对应的数据信道。每个工作线程维护了一个任务队列,发送任务被放入到任务队列中,由工作线程通过FIFO先来先服务的方式进行处理。
执行聚合任务:每个工作线程主动轮询网卡(交换机执行聚合任务)与之交换数据。发送者的工作线程从任务队列中取出任务,并按顺序处理每个发送任务,将每个发送任务的数据推送到网络中,并在发送任务结束时发送FIN信号。接收者的工作线程总是接收分组,将分组分类到对应的接收缓存。在发送者和接收者之间的交换机将会按照通用网内聚合传输协议来执行尽力而为的聚合操作。接收者将会收集到每个发送任务的FIN信号,一旦所有的发送任务都结束,接收者将会从交换机中拉取到中间结果,所有的结果会合并到一起放入到内存当中,任务号为task_id的聚合任务会被标记为已完成,放入到完成队列中。
返回结果给应用:接收者应用的插件监听者控制信道中带有task_id的键的子信道。一旦完成了一个聚合任务,线程将会通告给插件<addr,size>和键值task_id,插件将内存中的数据返回给应用。
其中,在聚合任务中,采用的分组格式如图4所示,在该分组中,头部包含控制信息,载荷字段中包含了要进行聚合的键值对。
具体地,任务号字段(task_id字段)存储进行聚合的任务号。发送节点号字段(snd_id字段)存储发送该分组的发送节点号。线程号字段(thread_id字段)存储具体的发送该分组的线程号。
分组类型字段(type字段)存储该分组的类型,分组的类型包括:SYN,FIN,DATA,ACK,QUERY,RESET六种。SYN表示开始,FIN表示结束,DATA表示数据,ACK表示确认,QUERY表示查询,RESET表示重置。
分组序列号字段(sequence字段)存储由该线程所发送的分组的序列号。载荷字段(payload字段)包含要进行聚合的键值对,键值对可以有多个。
有效性字段(bitmap字段)指示载荷字段(payload)中哪些键值对是有效的。在一个实施方式中,用位图bitmap字段具有载荷字段(payload字段)中键值对数量相同的比特,这些比特用来指示载荷字段(payload字段)中哪些键值对是有效的(例如1表示有效,即处理过)。载荷字段(payload字段)存储键值对,键值对为(key-value pairs)形式,在聚合时进行key的比较,通过通用分组数据格式中的bitmap字段来确定value是否被交换机聚合。
所述服务***可以与交换机进行通信。服务***和交换机协同遵守共同的传输协议来执行每一个聚合任务,服务***为分布式聚合应用提供了一个通用的架构,因此多个不同的任务可以同时提交聚合任务给服务***,服务***以多路复用的方式处理聚合任务,提高了***的通用性。
本发明的服务***能够进行初始化聚合任务、准备接收者、准备发送者、准备发送者的任务、调度发送者、执行聚合任务、返回结果给上层应用六个功能,使用同一交互流程来对大数据计算应用、分布式训练和高性能计算这三个分布式应用执行聚合操作,验证了服务***接口的通用性。
以上所述的实施例,只是本发明较优选的具体实施方式,本说明书使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”,其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于网内聚合传输的服务***,其特征在于,包括:接收服务器和发送服务器,其中,
接收服务器生成多个聚合任务,每个聚合任务包括:全局唯一ID号、发送服务器数量、发送服务器的ID号、发送服务器地址和用于获取键值对数据的信息;
接收服务器准备接收空间,并且将所述接收空间通知发送服务器;
接收服务器创建发送任务,并将所述发送任务通知发送服务器;
发送服务器基于所述发送任务和所述存储空间的信息,创建分组,所述分组包括聚合后的所述键值对数据;
接收服务器收到发送服务器发送的分组后,解析分组,将数据放入放入所述存储空间。
2.根据权利要求1所述的服务***,其特征在于,
发送服务器具有多个工作单元,每个工作单元处理一个聚合任务并且具有专属接收空间。
3.根据权利要求2所述的服务***,其特征在于,
每个工作单元与网卡关联一个收发对,用于传输数据。
4.根据权利要求1所述的服务***,其特征在于,
所述分组包括控制信息和载荷,载荷包含了要发送的原始数据转换而成的键值对,所述控制信息包括有效性字段,所述有效性字段能够指示载荷字段中的键值对是否被聚合。
5.根据权利要求4所述的服务***,其特征在于,所述控制信息还包括:
任务号字段,用于存储进行聚合的任务号;
发送端号字段,用于存储发送所述分组的发送端号;
线程号字段,用于存储发送所述分组的发送端的线程号;
分组序列号字段,用于存储要发送的分组的序列号;
类型字段,用于存储分组的类型,包括:开始、结束、数据、确认、查询和重置。
6.一种用于网内聚合传输的服务方法,其特征在于,包括:
接收服务器具有一个主调度线程和多个工作线程,主调度线程生成多个聚合任务,每个聚合任务包括:全局唯一ID号、发送服务器数量、发送服务器的ID号、发送服务器地址和用于获取键值对数据的信息;
接收服务器为所述聚合任务分配接收缓存,并通知每个发送服务器接收缓存的信息;
发送服务器基于所述发送任务和所述接收缓存,创建发送任务,所述发送任务包括:所述聚合任务的ID号、发送服务器的信息和所述接收缓存的信息,
其中接收服务器具有一个主调度线程和多个工作线程,发送服务器具有一个主调度线程和多个工作线程,接收服务器和发送服务器的主调度线程共享控制信道,接收服务器的主调度线程和多个工作线程之间共享专属数据信道。
7.根据权利要求6所述的服务方法,其特征在于,
每个数据信道与网卡关联一个收发对,数据信道用于传输键值对数据。
8.根据权利要求6所述的服务方法,其特征在于,
接收服务器和发送服务器使用对聚合任务的ID进行哈希的方式来将接收缓存分配给一个工作线程,其中所述。
9.根据权利要求6所述的服务方法,其特征在于,
所述分组包括控制信息和载荷,载荷包含了要发送的原始数据转换而成的键值对,所述控制信息包括有效性字段,所述有效性字段能够指示载荷字段中的键值对是否被聚合。
10.根据权利要求9所述的服务方法,其特征在于,所述控制信息还包括:
任务号字段,用于存储进行聚合的任务号;
发送端号字段,用于存储发送所述分组的发送端号;
线程号字段,用于存储发送所述分组的发送端的线程号;
分组序列号字段,用于存储要发送的分组的序列号;
类型字段,用于存储分组的类型,包括:开始、结束、数据、确认、查询和重置。
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