JP6929863B2 - 高性能コンピューティング環境における高速ハイブリッド再構成をサポートするためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
この特許文献の開示の一部は、著作権保護の対象となる資料を含む。この特許文献または特許開示は特許商標庁の特許ファイルまたは記録に記載されているため、著作権保有者は、何人によるその複写複製に対しても異議はないが、その他の場合には如何なるときもすべての著作権を保有する。
本発明は、概して、コンピュータシステムに関し、特に、SR−IOV vSwitchアーキテクチャを用いるコンピュータシステム仮想化およびライブマイグレーションをサポートすることに関する。
導入されるクラウドコンピューティングアーキテクチャがより大規模になるのに応じて、従来のネットワークおよびストレージに関する性能および管理の障害が深刻な問題になってきている。クラウドコンピューティングファブリックのための基礎としてインフィニバンド(登録商標)(InfiniBand:IB)技術を用いることへの関心がますます高まってきている。これは、本発明の実施形態が対応するように意図された一般領域である。
一実施形態に従うと、システムおよび方法は、大規模な無損失ネットワークにおいて性能駆動型の再構成を提供することができる。ハイブリッド再構成方式は、ネットワークのうちさまざまな下位区分を選択するためのさまざまなルーティングアルゴリズムを用いた高速の部分的なネットワーク再構成を可能にし得る。部分的な再構成は、初期の全体構成よりも桁違いに高速であり得るので、無損失ネットワークにおける性能駆動型の再構成を検討することが可能となり得る。提案されているメカニズムは、大型のHPCシステムおよびクラウドが、隔離されたタスクを実行する複数のテナント(たとえば、さまざまなパーティション上のさまざまなテナント)によって共有されるという点を利用している。このようなシナリオにおいては、テナント間の相互通信が不可能となり、このため、ワークロード展開および配置スケジューラは、効率的なリソース利用を確実にするためにフラグメンテーションを回避しようと試みるはずである。すなわち、テナント当たりのトラフィックの大部分をネットワークのうち集約された下位区分内に含めることができ、SMは、全体的な性能を向上させるためにいくつかの下位区分を再構成することができる。SMは、ファットツリートポロジーおよびファットツリールーティングアルゴリズムを用いることができる。このようなハイブリッド再構成方式は、ネットワークを再構成するために提供されるノード順序付けを用いるカスタムのファットツリールーティングアルゴリズムを用いることによって、サブツリー内の性能をうまく再構成および向上させることができる。SMがネットワーク全体を再構成することを所望する場合、SMは、デフォルトのファットツリールーティングアルゴリズムを用いて、単一のサブネットにおけるさまざまな使用事例のための2つの異なるルーティングアルゴリズムの組合せを効果的に発揮することができる。
本発明は、同様の参照番号が同様の要素を指している添付図面の図において、限定のためではなく例示のために説明されている。なお、この開示における「ある」または「1つの」または「いくつかの」実施形態への参照は必ずしも同じ実施形態に対するものではなく、そのような参照は少なくとも1つを意味する。特定の実現例が説明されるが、これらの特定の実現例が例示的な目的のためにのみ提供されることが理解される。当業者であれば、他の構成要素および構成が、この発明の範囲および精神から逸脱することなく使用され得ることを認識するであろう。
インフィニバンド(IB)は、インフィニバンド・トレード・アソシエーション(InfiniBandTMTrade Association)によって開発されたオープン標準無損失ネットワーク技術である。この技術は、特に高性能コンピューティング(high-performance computing:HPC)アプリケーションおよびデータセンタを対象とする、高スループットおよび少ない待ち時間の通信を提供するシリアルポイントツーポイント全二重相互接続(serial point-to-point full-duplex interconnect)に基づいている。
過去10年の間に、ハードウェア仮想化サポートによってCPUオーバーヘッドが実質的に排除され、メモリ管理ユニットを仮想化することによってメモリオーバーヘッドが著しく削減され、高速SANストレージまたは分散型ネットワークファイルシステムの利用によってストレージオーバーヘッドが削減され、シングルルートI/O仮想化(Single Root Input/Output Virtualization:SR−IOV)のようなデバイス・パススルー技術を使用することによってネットワークI/Oオーバーヘッドが削減されてきたことに応じて、仮想化された高性能コンピューティング(High Performance Computing:HPC)環境の将来見通しが大幅に改善されてきた。現在では、クラウドが、高性能相互接続ソリューションを用いて仮想HPC(virtual HPC:vHPC)クラスタに対応し、必要な性能を提供することができる。
一実施形態によれば、IBベースのHPCシステムのいくつかは、ファットツリートポロジーを採用して、ファットツリーが提供する有用な特性を利用する。これらの特性は、各送信元宛先ペア間の複数経路の利用可能性に起因する、フルバイセクション帯域幅および固有の耐故障性を含む。ファットツリーの背後にある初期の考えは、ツリーがトポロジーのルート(root)に近づくにつれて、より利用可能な帯域幅を用いて、ノード間のより太いリンクを採用することであった。より太いリンクは、上位レベルのスイッチにおける輻輳を回避するのに役立てることができ、バイセクション帯域幅が維持される。
一実施形態に従うと、I/O仮想化(I/O Virtualization:IOV)は、仮想マシン(VM)が基礎をなす物理リソースにアクセスできるようにすることによって、I/Oを利用できるようにすることができる。ストレージトラフィックとサーバ間通信とを組合わせると、シングルサーバのI/Oリソースにとって抗し難い高い負荷が課され、結果として、データの待機中に、バックログが発生し、プロセッサがアイドル状態になる可能性がある。I/O要求の数が増えるにつれて、IOVにより、利用可能性をもたらすことができるとともに、最新のCPU仮想化において見られる性能レベルに匹敵するように、(仮想化された)I/Oリソースの性能、スケーラビリティおよび融通性を向上させることができる。
さまざまなタイプのSR−IOVモデル(たとえば共有ポートモデルおよび仮想スイッチモデル)があり得る。
さまざまなタイプのSR−IOVモデル(たとえば共有ポートモデルおよび仮想スイッチモデル)があり得る。
一実施形態に従うと、本開示は、LIDが予めポピュレートされたvSwitchアーキテクチャを提供するためのシステムおよび方法を提供する。
一実施形態に従うと、本開示は、動的LID割当てがなされたvSwitchアーキテクチャを提供するためのシステムおよび方法を提供する。
図7は、一実施形態に従った、動的LID割当てがなされてLIDが予めポピュレートされたvSwitchを備えた例示的なvSwitchアーキテクチャを示す。図に示されるように、いくつかのスイッチ501〜504は、ネットワーク切替環境500(たとえばIBサブネット)内においてインフィニバンドファブリックなどのファブリックのメンバ間で通信を確立することができる。ファブリックはホストチャネルアダプタ510、520、530などのいくつかのハードウェアデバイスを含み得る。ホストチャネルアダプタ510、520および530は、それぞれ、さらに、ハイパーバイザ511、521および531と対話することができる。各々のハイパーバイザは、さらに、ホストチャネルアダプタと共に、いくつかの仮想機能514、515、516、524、525、526、534、535および536と対話し、設定し、いくつかの仮想マシンに割当てることができる。たとえば、仮想マシン1 550は、ハイパーバイザ511によって仮想機能1 514に割当てることができることができる。ハイパーバイザ511は、加えて、仮想マシン2 551を仮想機能2 515に割当てることができる。ハイパーバイザ521は、仮想マシン3 552を仮想機能3 526に割当てることができる。ハイパーバイザ531は、さらに、仮想マシン4 553を仮想機能2 535に割当てることができる。ハイパーバイザは、ホストチャネルアダプタの各々の上における十分な機能を有する物理機能513、523および533を介してホストチャネルアダプタにアクセスすることができる。
一実施形態に従うと、高性能コンピューティング(High Performance Computing:HPC)クラスタは、何千ものノードおよび何百万ものコアから成る大規模並列システムである。従来より、このようなシステムは科学学界に関連があり、複雑で高粒度の演算を実行するのに用いることができる。しかしながら、クラウドコンピューティングパラダイムおよびビッグデータ・アナリティクスが出現したことで、コンピュータ科学学会は、HPCおよびビッグデータの集約がなされるであろうこと、クラウドが、関連するサービスをより広範囲の視聴対象者に対して提供するための手段になりつつあることに同意する傾向がある。大型の従来のHPCクラスタは、通常、多様に広がっているユーザ間で共有される環境であるが予測可能なワークロードである。しかしながら、クラウドおよびよりダイナミックなプリペイド型モデルの影響を受けた場合、システムのワークロードおよび利用は予測不可能になる可能性があり、これにより、ランタイム中に性能を最適化する必要が生じる可能性がある。
Claims (15)
- 高性能コンピューティング環境において高速ハイブリッド再構成をサポートするためのシステムであって、
1つ以上のマイクロプロセッサと、
第1のサブネットとを含み、前記第1のサブネットは、
複数のスイッチを含み、前記複数のスイッチは少なくともリーフスイッチを含み、前記複数のスイッチの各々は複数のスイッチポートを含み、前記第1のサブネットはさらに、
各々が少なくとも1つのホストチャネルアダプタポートを含む複数のホストチャネルアダプタと、
複数のエンドノードとを含み、前記複数のエンドノードの各々は、前記複数のホストチャネルアダプタのうち少なくとも1つのホストチャネルアダプタに関連付けられており、
前記第1のサブネットのうちの前記複数のスイッチは、複数のレベルを有するネットワークアーキテクチャに配置され、前記複数のレベルの各々は、前記複数のスイッチのうち少なくとも1つのスイッチを含み、
前記複数のスイッチは、最初に第1の構成方法に従って構成され、前記第1の構成方法は、前記複数のエンドノードについての第1の順序付けに関連付けられており、
前記複数のスイッチのサブセットは前記第1のサブネットのサブ・サブネットとして構成されており、前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットは、前記第1のサブネットの前記複数のレベルよりも少ないいくつかのレベルを含み、
前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットは第2の構成方法に従って再構成される、システム。 - 前記第1のサブネットの前記複数のエンドノードは前記複数のスイッチを介して相互接続される、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のエンドノードのサブセットは前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられており、
前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットは、前記複数のエンドノードのサブセット間のトラフィックが前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットとして構成された前記複数のスイッチの前記サブセットに制限されるように構成されている、請求項2に記載のシステム。 - 前記第2の構成方法は、前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられた前記複数のエンドノードの前記サブセットのうち少なくとも2つのエンドノードについての第2の順序付けに関連付けられている、請求項3に記載のシステム。
- 前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられた前記複数のエンドノードの前記サブセットのうち前記少なくとも2つのエンドノードについての前記第2の順序付けは、システムアドミニストレータから受取られる、請求項4に記載のシステム。
- 前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられた前記複数のエンドノードの前記サブセットのうち少なくとも2つのエンドノードについての前記第2の順序付けは、管理エンティティから受取られる、請求項4に記載のシステム。
- 前記第1のサブネットはインフィニバンドサブネットを含み、
前記管理エンティティは、
サブネットマネージャ、
ファブリックマネージャ、および、
グローバルファブリックマネージャからなる群から選択される管理エンティティである、請求項6に記載のシステム。 - 高性能コンピューティング環境において高速ハイブリッド再構成をサポートするための方法であって、
1つ以上のマイクロプロセッサにおいて第1のサブネットを設けるステップを含み、前記第1のサブネットは、
複数のスイッチを含み、前記複数のスイッチは少なくともリーフスイッチを含み、前記複数のスイッチの各々は複数のスイッチポートを含み、前記第1のサブネットはさらに、
各々が少なくとも1つのホストチャネルアダプタポートを含む複数のホストチャネルアダプタと、
複数のエンドノードとを含み、前記複数のエンドノードの各々は、前記複数のホストチャネルアダプタのうち少なくとも1つのホストチャネルアダプタに関連付けられており、前記方法はさらに、
複数のレベルを有するネットワークアーキテクチャにおいて、前記第1のサブネットのうちの前記複数のスイッチを配置するステップを含み、前記複数のレベルの各々は、前記複数のスイッチのうち少なくとも1つのスイッチを含み、前記方法はさらに、
第1の構成方法に従って前記複数のスイッチを構成するステップを含み、前記第1の構成方法は、前記複数のエンドノードについての第1の順序付けに関連付けられており、前記方法はさらに、
前記複数のスイッチのサブセットを前記第1のサブネットのサブ・サブネットとして構成するステップを含み、前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットは、前記第1のサブネットの前記複数のレベルよりも少ないいくつかのレベルを含み、前記方法はさらに、
第2の構成方法に従って前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットを再構成するステップを含む、方法。 - 前記第1のサブネットの前記複数のエンドノードは前記複数のスイッチを介して相互接続される、請求項8に記載の方法。
- 前記複数のエンドノードのサブセットは前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられており、
前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットは、前記複数のエンドノードのサブセット間のトラフィックが前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットとして構成された前記複数のスイッチの前記サブセットに制限されるように構成されている、請求項9に記載の方法。 - 前記第2の構成方法は、前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられた前記複数のエンドノードの前記サブセットのうちの少なくとも2つのエンドノードについての第2の順序付けに関連付けられている、請求項10に記載の方法。
- 前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられた前記複数のエンドノードの前記サブセットのうちの前記少なくとも2つのエンドノードについての前記第2の順序付けは、システムアドミニストレータから受取られる、請求項11に記載の方法。
- 前記第1のサブネットの前記サブ・サブネットに関連付けられた前記複数のエンドノードの前記サブセットのうちの前記少なくとも2つのエンドノードについての前記第2の順序付けは、管理エンティティから受取られる、請求項11に記載の方法。
- 前記第1のサブネットはインフィニバンドサブネットを含み、
前記管理エンティティは、
サブネットマネージャ、
ファブリックマネージャ、および、
グローバルファブリックマネージャからなる群から選択される管理エンティティである、請求項13に記載の方法。 - 機械読取り可能なフォーマットのプログラム命令を含むコンピュータプログラムであって、前記プログラム命令がコンピュータシステムによって実行されると、前記コンピュータシステムに請求項8から13のいずれかに記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
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