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基于VIA的光纤通道交换网MPI的研究与实现

2020-11-22阅读(159)

基于VIA的光纤通道交换网MPI的研究与实现

论文摘要

目前,国内航空电子综合系统的数据通信网络主要采用MIL-STD-1553B,而国外第四代航空电子综合系统已经采用了基于光纤互连的高性能集群系统。针对这种现状,作者的导师申请了航空科学基金项目“面向航空电子综合系统的光纤传输交换技术研究”（02F53031）。作者参加了该项目的研究,负责研究光纤通道交换网FC-NET（FibreChannel-Network）的通信协议,主要研究工作包括以卜儿个方面: 为了在光纤通道交换网中集成Fibre Channel和VIA（Virtual Interface Architecture）技术,本文提出了基于对象的驱动程序设计方案,该驱动程序设计方案采用了分层结构设计思路。本文将其集成到VIA的实现中,缩短了VIA系统的设备驱动开发周期,提高了代码的重用性,增强了VIA的扩展性。 针对高性能集群系统的低延迟、高带宽的需求,并且为了在光纤通道交换网基础上进一步提高集群系统的数据通信效率,作者设计了支持VIA（Virtual Interface Architecture）技术的用户层通信协议——FC-VIA通信协议。FC-VIA采用了基于Linux底半函数的核心代理机制,一方面在通信的发送端和接收端实现了零拷贝数据通信,另一方面实现了软件VI队列的管理。FC-VIA与全软件方法实现VIA的M-VIA相比,有效地提高了数据通信效率:FC-VIA的通信延迟为4微秒,通信带宽为686Mbps:而M-VIA在千兆以太网中的通信延迟高达19微秒,通信带宽仅为480Mbps。 另外,为了实现光纤通道交换网在航空电子综合系统中的应用,本文对航空电子综合系统广泛采用的MPICH底层通信库进行了扩展,设计了支持FC-VIA通信协议的MPI-FC-VIA并行库。从长远来看,本论文对光纤通道交换网通信协议的研究具有深远的意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1. 研究背景及研究现状
  • 1.1.1. 课题来源及意义
  • 1.1.2. 国内外同类技术发展情况
  • 1.2. 论文的主要内容和组织结构
  • 第二章 光纤通道交换网
  • 2.1. 光纤通道技术
  • 2.1.1. 简介
  • 2.1.2. 光纤通道拓扑结构
  • 2.1.3. FC标准分层功能
  • 2.2 光纤通道交换网的总体架构
  • 2.3. 光纤通道交换刚的通信协议设计
  • 2.4. 光纤通道交换网的硬件通信协议设计
  • 2.4.1. 基于硬件通信描述符的NIC设计
  • 2.4.2. 光纤通道交换网卡的偏移地址分配
  • 2.4.3. 控制字说明
  • 2.4.4. 状态字说明
  • 2.4.5. 网卡命令格式
  • 2.5. 光纤通道交换网的软件通信协议设计
  • 2.5.1. FC-VIA
  • 2.5.2. MPI-FC-VIA
  • 2.6. 本章小结
  • 第三章 FC-VIA网卡驱动程序设计
  • 3.1. LINUX系统设备驱动程序概述
  • 3.1.1. Linux设备驱动程序分类
  • 3.1.2. 编写驱动程序的一些基本概念
  • 3.2. LINUX系统FC-VIA的网卡驱动程序
  • 3.2.1. FC-VIA驱动程序的结构
  • 3.2.2. 类驱动程序模块
  • 3.2.3. FC-VIA专用驱动程序模块
  • 3.3. 编写LINUXFC-VIA驱动中遇到的问题
  • 3.3.1. 中断共享
  • 3.3.2. 硬件发送忙时的处理
  • 3.3.3. 流量控制（flow control）
  • 3.3.4. 调试
  • 3.4. 本章小结
  • 第四章 VIA在光纤通道交换网中的实现
  • 4.1. VIA的概述
  • 4.1.1. VIA的通信原理
  • 4.1.2. VIA关键技术
  • 4.1.3. KA的功能
  • 4.1.4. VIA的实现现状
  • 4.2. 基于FC-NET的高性能VIA的设计与实现
  • 4.2.1. FC-VIA结构
  • 4.2.2. VI发送与接收队列的实现
  • 4.2.3. FC-VIA中零拷贝技术的实现
  • 4.2.4. 基于底半函数机制的KA机制
  • 4.2.5. FC-VIA中VIPL库的实现
  • 4.3. 性能测试
  • 4.3.1. 节点间VIA的通信性能
  • 4.3.2. 各种VIA实现的通信性能比较
  • 4.4. 本章小结
  • 第五章 光纤通道交换网MPI研究与实现
  • 5.1. MPI的简介
  • 5.1.1. 什么是MPI
  • 5.1.2. MPI的功能
  • 5.1.3. MPI的产生
  • 5.1.4. MPI的语言绑定
  • 5.1.5. 目前主要的MPI实现
  • 5.2. 光纤通道交换网络中MPI的研究
  • 5.2.1. MPICH
  • 5.2.2. MPICH的ADI接口（abstract device interface）
  • 5.2.3. 底层通信库
  • 5.3. 光纤通道交换网络中MPI的实现
  • 5.3.1. 基于FC-VIAL的MPICH实现结构图
  • 5.3.2. FC-VIAL的具体实现
  • 5.3.3. Channel接口的支持
  • 5.4. 光纤通道交换网络中MPI的使用
  • 5.4.1. MPI的程序设计
  • 5.4.2. MPI的几个重要特征
  • 5.4.3. 消息
  • 5.4.4. MPI应用程序的编译
  • 5.4.5. MPI应用程序的运行
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1. 总结
  • 6.1.1. 作者在本论文工作中的主要成果
  • 6.1.2. 有待改进的地方
  • 6.2. 展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].并行计算与MPI研究[J]. 无线互联科技 2017(12)
    • [2].MPI并行计算应用[J]. 信息通信 2015(08)
    • [3].三值光学计算机MPI编程技术在超算集群中的使用[J]. 上海大学学报(自然科学版) 2014(02)
    • [4].基于ActiveX和MPI优化注射成型保压压力[J]. 模具工业 2009(05)
    • [5].基于MPI的分布式水循环模型并行计算性能研究[J]. 水文 2020(05)
    • [6].基于MPI的注塑模浇口位置优化设计[J]. 模具技术 2011(03)
    • [7].Mpi-空间与偏序集[J]. 数学学报 2011(06)
    • [8].面向MPI集合操作的定制化片上网络[J]. 计算机工程 2017(06)
    • [9].基于MPI的分水岭与区域合并结合算法的并行化研究[J]. 电脑编程技巧与维护 2017(13)
    • [10].基于MPI的注塑模具计算机辅助技术研究[J]. 塑料工业 2015(11)
    • [11].MPI并行的节点大地电磁三维有限元正演[J]. 物探化探计算技术 2016(03)
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    • [14].基于MPI的并行程序设计[J]. 中国新技术新产品 2011(20)
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    • [17].一种基于MPI的河流生态修复模拟并行算法[J]. 地学前缘 2014(04)
    • [18].基于MPI二次开发及正交试验的注塑制品熔接痕性能的优化设计[J]. 模具技术 2012(01)
    • [19].基于MPI的静态并行算法库[J]. 中国西部科技 2011(14)
    • [20].基于MPI的海量数据线性拟合并行算法研究[J]. 南京师大学报(自然科学版) 2010(04)
    • [21].MPI并行计算性能的研究[J]. 四川大学学报(自然科学版) 2009(06)
    • [22].基于MPI和正交试验的翘曲变形研究[J]. 塑料科技 2017(11)
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    • [30].基于MPI注塑制品的翘曲变形分析及优化[J]. 模具技术 2008(02)

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