CN1441359A - 集中式可扩展资源体系结构和系统 - Google Patents

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Abstract

一个集中式资源系统(10)包含多个计算资源单元(14)、多个可视化资源单元(16)、以及一个连接该多个可视化资源单元(16)到该多个计算资源单元(14)的切换结构(34)。该切换结构(34)可操作来连接选定的一个或多个可视化资源单元(16)到选定的一个或多个计算资源单元(14)，用于生成至少一个图形图像。多个显示设备(18)与该一个或多个选定的可视化资源单元(16)相连，其可操作来显示至少一个图形图像。

Description

集中式可扩展资源体系结构和系统
技术领域
本发明通常涉及计算机系统领域，尤其涉及一个集中式可扩展的资源体系结构和系统。
背景技术
在当大型计算机和超极计算机支配数字时代的日子中，一般从一个固定池中给予用户部分计算时间以便计算机并行运行多个任务。用户使用连接到该大型计算机的“哑终端”和一个简单的命令行用户界面与该大型计算机接口。然而，计算环境逐渐地转变为低成本的个人计算机和工作站，其向用户提供对他们的应用如何执行更大的控制以及一个更好和更直观的图形用户界面。然而近年来，随着由Internet和更快带宽提供的全球连通性，存在另一个朝着与由“web农场”经由Internet提供的集中式数据存储器和计算资源相连接的简化或者精简计算机或者设备方向的转变。web农场通常是服务器、微型计算机的集群，其目前大多执行用于网络应用和网页的Web服务器和主机功能。
在计算机图形领域，当前的计算机图形可视化系统可以使用执行一个图形应用并且同时在单个作业上运行的一个工作站或者个人计算机集群来提供要被显示在一个显示设备上的图像。该图像被显示为在单个监视屏上或者跨越多个监视屏的单个逻辑图象。这样的可视化系统可以使用多个图形流水线来提供用于显示在该显示监视器上的一幅图像不同部分，来加速处理时间以及改进显示图象的质量。
发明内容
依据本发明的一个实施例，一个集中式资源系统包含多个计算资源单元、多个可视化资源单元、以及一个连接多个可视化资源单元到多个计算资源单元的切换结构。该切换结构可操作来连接选定的一个或多个可视化资源单元到选定的一个或多个计算资源单元，用于生成一个或多个图形图像。多个显示设备是可操作来显示与一个或多个选定的可视化资源单元相连的一个或多个图形图像。
依据本发明的另一个实施例，另一个集中式资源系统包含多个第一计算资源单元、多个第二计算化资源单元、以及另一个连接多个第二计算资源单元到多个第一计算资源单元的切换结构。该切换结构可操作来有选择地连接多个第一计算资源单元的输出到多个第二计算资源单元的输入。多个第一和第二计算资源单元可一起操作和起作用来生成一个或多个执行结果。多个显示设备与多个第一和第二计算资源单元相连并且可操作来接收由此而来的执行结果。
依据本发明的又一个实施例，一个集中式资源系统包含第一资源装置、第二资源装置、以及用于有选择地连接第一资源装置的一个或多个输出到第二资源装置的一个或多个输入的装置。多个显示装置与该第一和第二资源装置相连并且可操作来接收和显示由此而来的执行结果。
依据本发明的另一个实施例，一种方法包含步骤：接收要由多个计算资源执行的一个图形可视化作业，确定用于该作业的计算资源需求，确定计算资源可用性，以及根据确定的计算资源需求和可用性分配计算资源。该方法进一步包含：确定接收该作业结果的目的地，以及分配和配置从分配的计算资源到目的地的通信信道。
依据本发明的一个进一步实施例，一个图形可视化体系结构包含多个计算资源单元、多个图形流水线、以及一个连接多个图形流水线到多个计算资源单元的第一切换结构。第一切换结构可操作来有选择地连接多个计算资源单元的输出到多个图形流水线的输入。该体系结构进一步包含多个组合器、以及一个连接多个组合器到多个图形流水线的第二切换结构，其中该第二切换结构可操作来有选择地连接多个图形流水线的输出到多个组合器的输入。
附图说明
对了更完整地了解本发明、它的目的和优点，下面结合附图对以下的描述进行参考，其中附图包含：
图1是一个依据本发明示教的集中式可扩展的资源体系结构和系统的一个实施例的一个简图；
图2是一个依据本发明示教、用于图形可视化的集中式可扩展资源体系结构和系统的一个实施例的一个简化框图；
图3是一个依据本发明示教、用于图形可视化的集中式可扩展资源体系结构和系统的一个实施例的一个更详细框图；
图4是一个图形引擎的一个简化框图；以及
图5是一个依据本发明的一个实施例用于确定资源分配的处理过程的一个流程图。
具体实施方式
通过参考附图中的图1到5，本发明的最佳实施例以及它的优点会得到最好的理解，其中类似的数字用于各个附图中的类似和对应部分。
诸如惠普公司的Visualization Center sv6(HP sv6)的当前计算机图形可视化系统一般使用一个工作站和可视化资源集群来处理和提供单个要被显示为单个图像的单个图形图像。HP sv6在2000年11月17日提出的、标题为“SYSTEM AND METHOD FOR EFFICIENTLYRENDERI NG GRAPHICAL DATA”的美国专利申请序号09/715335中进行了描述。
图1是一个依据本发明的集中式可扩展资源体系结构和系统构造的一个系统10的一个实施例的简图。系统10使用一个可以包含数据存储器构件块、计算资源构件块、及其它可扩展资源的集中式资源12。例如，集中式资源12包含能够根据需要容易地加到该计算资源配置中或者从其中删除的个人计算机、工作站、服务器及其它计算机14。诸如一个图形应用的软件在充当主机的计算机14中执行。集中式资源12还可以包含诸如与计算机14相连的图形或者可视化资源16的更专业计算资源。可视化资源16可以包含图形流水线、帧缓存器、组合器及其它用于图形提供的专业硬件和软件资源。可视化资源16可以以从专门图形卡到强大工作站范围改变的硬件实现。集中式资源12经由一个网络20与用户终端或者显示设备18相连。网络20可以是一个局域网(LAN)、广域网(WAN)、Internet、或者任何其它合适的网络或者连接。用户终端或者显示设备18是在其上面用户可以查看由集中式资源12处理和产生的结果数据的设备。显示设备18可以使用现在已知或者以后开发的任何显示技术。依据本发明的教导，所有的处理和可视化功能由集中式资源12执行以便仅仅与处理结果有关的数据被传送给该用户。例如在图形应用中，仅仅与要被显示在显示设备18上的、提供的2维(2D)或者3维(3D)图像有关的像素数据经由网络20传输。要向该用户显示的像素或者图像数据通常比产生该图形图象所需要的数据小几个量级，所以数据传输时间被显著地缩短而且在该用户计算机终端处的数据存储要求被最少化了。
不同于传统的系统，集中式的可扩展系统10可操作来向多个任务同时分配集中式资源12，以产生多个要显示在相应显示设备上的图像。计算资源的分配单元，例如可以是一个CPU(中央处理单元)而且该可视化资源的分配单元，例如可以是一个图形流水线和它相关的硬件/软件。参见图2，资源22的子集被分配给每个作业或者一个应用软件的执行，用于在显示设备24的一个子集上显示结果，以便集中式可扩展的资源系统10可操作来执行多个作业以及执行多个应用。资源22的子集可以包含一个或多个联网数据存储单元26、一个或多个计算资源单元28、以及一个或多个可视化资源单元30。集中式和可扩展资源体系结构和系统10包含一个在集中式资源12和显示设备18之间的一个可配置连接，以允许在运行时的重新分配。
图3是一个依据本发明教导、用于图形可视化的集中式可扩展资源体系结构和系统10的一个实施例的一个更详细框图。集中式可扩展资源体系结构和系统10包含诸如多个与一个切换结构34相连的应用主机的计算资源14，其中该切换结构34提供了到可视化资源16的一个图形引擎36的可配置连接。没有在这个图中明确地显示的是一个可以与应用主机14相连的数据存储设备集群，其用于存储产生该图形图像所需要的数据。参见图4，图形引擎36包含多个具有从应用主机14接收图形数据52的图形流水线50的工作站，其中切换结构34确定哪个图形流水线从哪个应用主机接收图形数据。例如，图形流水线50可以被布置为具有由一个局域网(LAN)互连的主流水线和从流水线。取决于一个应用的资源需求和作业的大小，能够通过改变应用主机到图形流水线的连接，配置应用主机的数目和在该作业上运行的图形流水线数目。切换结构34可以包含交换机、路由器、交换网络及/或其它网络组件。特别地，交换结构34包含一个能够连接它的任何输入到它的任何输出的M×N交换机，诸如一个纵横式交换器、一个交叉连接、一个以太网交换机、或者任何可操作来在运行时把它的任何输出连接到它的输入的设备。交换机输入的数目M可以相等交换机输出的数目N。帧缓存器(FB)54与每个图形流水线50相连并且可操作来存储由该图形流水线提供的图像或者像素数据的一个或多个帧。帧缓存54的输出更可取地是DVI(数字视频界面)数据56但是可以是其它类型的图形数据。DVI数据通常包含要显示在该显示屏幕上的像素位置的坐标值，以及该像素的色值。例如，DVI数据可以包含该像素的(X，Y)坐标值，RGB(红、绿、蓝)值。DVI数据可以进一步包含用于该像素的一个深度值(Z)，以及用于该像素的透明度值(a)。
还参见图3，每个来自一个帧缓存5 4的输出与转换器3 8相连。一个第二切换结构40与转换器38的输出相连，以把IP包路由到组合器42、IVA(Internet可视化体系结构)组件、和在远处的显示设备的合适子集用于向该用户显示。
应当注意到：图3是一个功能框图而且其中所示的、多于一个块的功能可以被集成到一起。例如，IP转换器38的功能能够与图形引擎36集成，或者组合器42的功能可以并入到IVA 44或者切换结构40中。
在操作中应用主机14执行一个或者多个图形应用或者一个图形应用的一个或多个实例来提供一个或者多个图形图像。该图形图像可以显示在一个或多个显示设备上。切换结构34可操作来，在运行时，连接选定应用主机的输出到在图形引擎3 6中的选定图形流水线。因此，服务器、工作站和计算机的群集实质上可配置到一个或多个子群集中以处理一个或多个作业。执行一个特定作业的应用主机(多个)的输出能够连接和路由到一个或多个图形流水线用于由切换结构34提供该图像。从图形引擎36接收输出的IP转换器38，可操作来把DVI数据转换或者包化到数据包中，以便于经由一个网络传输。取决于用于传输该数据到显示设备的网络类型，转换器38依据网络类型插入标题和协议信息。例如，传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)可以用作传输协议，以便转换器38可操作来把来自在图形引擎36中的流水线的像素数据转换为IP包。第二切换结构40可操作来在运行时，把选定转换器的输出连接和路由到选定组合器42的输入。每个组合器42可操作来把来自转换器38的一个或多个图像数据流组合或者合成到一个或多个图像数据流中，这些图像数据流然后被发送给显示设备用于显示。因为该数据是以数据包或者IP包的形式，例如，组合器42可操作来在剥离标题及其它信息之后处理该数据。此后，IVA 44可操作来压缩该合成的图象数据，包化它，并且经由一个诸如Internet及其它合适网络的网络把它发送到一个或多个远程接收器或者客户设备用于显示。因此，IVA可操作来添加目的地信息、协议标题及其它数据到该图像数据中以形成数据包。IVA还负责传输诸如由该用户输入的键盘和鼠标输入的用户输入数据到应用主机14。这样的用户输入可以用来控制应用主机14及/或图形引擎36的处理。键入这样输入的用户与一个或多个显示设备在一起或者位于离该显示设备遥远的地方。
这样，任意数量的计算资源单元可以一起操作来处理单个作业，这导致由集中式可扩展资源系统10一起执行将被发送给多个目的地的多个任务的可能性。基于多个考虑确定计算资源单元和可视化资源单元的分配。图5是一个依据本发明的一个实施例、用于确定和进行资源分配的控制过程60的一个流程图。资源分配方法60可以使用代理技术。如块62所示，代理可以是接收由用户提交的作业的软件及/或硬件。如块64所示，代理确定为执行该作业所需要的数据存储的位置，其可以是多个存储设备及/或多个存储单元。如块66和68所示，代理然后确定用于该作业的计算资源需求以及所要求计算资源的可用性。对于图形应用，如块70和72所示，代理还确定可视化资源需求和它的可用性。如块74所示，该代理然后分配资源。由于资源不可用性，分配的资源数量可以小于该提交作业的最佳需要。接下来在块76中，代理确定和分配连接该数据存储器到分配的计算资源和到可视化资源所需要的通信信道。该代理还确定和分配到该用户或者显示设备的通信信道。该代理配置切换结构以有选择地连接适当分配的计算和可视化资源以及组合器。该代理然后启动该作业执行或者发送一条信息到该应用主机以启动作业执行。该处理过程在块80结束。
集中式可扩展资源系统和体系结构10可以用于一般的计算应用或者诸如图形和可视化的专门应用。该资源能够位于离用户遥远的地方，因为仅仅执行的结果被经由网络传输以减少带宽要求和传输时间。举例来说，几个工程师和设计小组在一个新运载工具的设计上合作。该设计和仿真数据被存储在一个中央存储站点处。在一个设计审阅处，审阅者位于多个离该中央存储站点遥远的位置处。审阅者可以审阅该运载工具的几个不同系统设计。例如，一个审阅组可以审阅该运载工具的外部设计，另一个可以审阅在该运载工具外部的风洞模拟，还有另一个组可以审阅引擎设计。集中式可扩展资源系统10可操作来访问存储在中央存储站点处的不同设计数据组，提供该设计的图形图像，以及然后发送提供的图形图像到相应的审阅组。该绘制的图像被显示用于由相应组查看。切换结构可操作来连接和路由来自计算资源单元子集的输出到已经分配给该作业的可视化资源单元的子集。因此，依据执行任务的要求，系统10是可扩展和可重新分配的。

Claims (10)

1.一个集中式资源系统(10)，包含：
多个计算资源单元(14)；
多个可视化资源单元(16)；
连接该多个可视化资源单元(16)到该多个计算资源单元(14)的切换结构(34)，该切换结构(34)可操作来连接选定的一个或多个可视化资源单元(16)到选定的一个或多个计算资源单元(14)，用于产生至少一个图形图像；以及
多个与该一个或多个选定的可视化资源单元(16)相连的显示设备(18)，其可操作来显示至少一个图形图像。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该多个显示设备(18)经由一个网络(20)与该一个或多个选定的可视化资源单元(16)相连。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该多个可视化资源单元(16)包含：
一个图形引擎(36)；以及
与该图形引擎(36)相连的多个组合器(42)。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该多个可视化资源单元(16)包含：
多个图形流水线(50)；
多个组合器(42)；以及
连接该组合器到多个图形流水线的第二切换结构(40)。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该多个可视化资源单元(16)包含：
多个图形流水线(50)；
每个都与一个相应的图形流水线相连的多个转换器(38)，每个转换器可操作来包化来自一个图形流水线的数据；
多个组合器(42)；以及
连接该多个组合器到多个转换器的第二切换结构(40)。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包含：一个可操作来确定对计算资源单元(14)的要求、确定对可视化资源单元(16)的要求、以及分配计算资源单元和可视化资源单元的代理(62)。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该切换结构(34)包含一个纵横式交换器。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于：  第二切换结构(40)包含一个纵横式交换器。
9.一个集中式资源系统(10)，包含：
多个第一计算资源单元(14)；
多个第二计算资源单元(16)；
一个连接该多个第二计算资源单元(16)到该多个第一计算资源单元(14)的切换结构(34)，该切换结构(34)可操作来有选择地连接该多个第一计算资源单元(14)的输出到该多个第二计算资源单元(16)的输入，该第一和第二多个计算资源单元可操作来一起起作用以产生至少一个执行结果；以及
多个与多个第一和第二计算资源单元相连并且可操作来接收来自此的执行结果的显示设备(18，24)。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：该多个显示设备(18，24)经由一个网络(20)与该多个第一和第二资源单元相连。
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