Physikalischer Multicast in Transputernetzen

Zusammenfassung

Kommunikationsoperationen in Transputernetzen werden auf physikalischer Ebene grundsätzlich durch eine Folge serieller Punkt-zu-Punkt-Übertragungen zwischen einzelnen Link-Schnittstellen simuliert. Die in einem parallelen Programm in abstrakter Form spezifizierten Kommunikationsvorgänge sind dazu, i.a. durch geeignete Routing-Software auf die physikalischen Ressourcen des Parallelrechners abzubilden. Für die Effizienz dieses Verfahrens ist entscheidend, inwieweit dabei die logische und die physikalische Ebene der Kommunikation zur Übereinstimmung gebracht werden können.

Zur Laufzeit rekonfigurierbare Transputersysteme verfügen über die Möglichkeit, durch das Schalten von direkten Verbindungen logische Kommunikationsstrukturen auf physikalischer Ebene nachzubilden. Diese logischen Strukturen sind jedoch nicht notwendig auf die Kommunikation zwischen einem Sender und genau einem Empfänger (1:1-Übertragung) eingeschränkt, sondern können auch einen logischen Multicast, d.h. eine 1:n-Kommunikation beschreiben. Da Link-Verbindungen in der Regel aber jeweils nur einen einzigen Empfänger vorsehen, ist in diesem Fall eine direkte Realisierung scheinbar ausgeschlossen.

Die hier referierten Untersuchungsergebnisse zeigen, daß die Ausführung eines physikalischen Multicasts dennoch möglich ist. Es wurden zahlreiche Versuche mit einem Transputersystem durchgeführt, daß über ein aus C004 Crossbarchips aufgebautes dynamisches Verbindungsnetzwerk verfügt. Dabei hat sich erwiesen, daß C004-Bausteine über die vom Hersteller angegebene Funktionalität hinaus auch zum Schalten eines Leitungs-Fan-out eingesetzt werden können. Ein an einen Eingang des Verbindungsnetzwerkes angeschlossenen Sender kann so mit n an die Ausgänge des Netzwerkes angeschlossenen Empfängern verbunden werden.

Im Rahmen der standardmäßigen 1:1-Kommunikation wird eine Synchronisation zwischen Sender und Empfänger durch ein vom Empfänger erzeugtes Quittierungssignal gesichert. Dieses wird gesendet, nachdem ein übertragenes Byte beim Empfänger eingegangen ist, und dort der Befehl zum Einlesen der Daten zur Ausführung kommt. Der Sendebefehl terminiert erst, wenn dieses Acknowledge-Signal eingegangen ist. Die Handhabung der Acknowledge Signale ist das zentrale Problem bei der Implementation von physikalischen Multicast-Operationen in Transputernetzen.

Der untersuchte Lösungsansatz sieht vor, das dem Sender lediglich durch einen einzigen der empfangenden Prozessoren ein Acknowledge-Signal übermittelt wird. Hierdurch entfällt die Synchronisation zwischen dem Sender und denjenigen Empfängern, deren Acknowledge-Signal nicht übertragen wird. Es kann daher prinzipiell bei einem Empfänger zum Überschreiben eines noch nicht aus dem Eingangspuffer übernommenen Bytes kommen. Anhand der bei entsprechenden Versuchen erzielten Ergebnisse konnten hier Kriterien zur Implementation sicherer Multicast-Übertragungen erarbeitet werden.