Predictive and Distributed Routing Balancing for High Speed Interconnection Networks

Carlos Nunez Castillo, Diego Lugones, Daniel Franco, Emilio Luque
2011 2011 IEEE International Conference on Cluster Computing  
English In high performance clusters, current parallel application communication needs, such as tra c pattern, communication volume, etc., change along time and are di cult to know in advance. Such needs often exceed or do not match available resources causing resource use imbalance, network congestion, throughput reduction and message latency increase, thus degrading the overall system performance. Studies on parallel applications show repetitive behavior that can be characterized by a set of
more » ... epresentative phases. This work presents a Predictive and Distributed Routing Balancing (PR-DRB) technique, a new method developed to gradually control network congestion, based on paths expansion, tra c distribution, applications pattern repetitiveness and speculative adaptive routing, in order to maintain low latency values. PR-DRB monitors messages latencies on routers and saves the found solutions to congestion, to quickly respond in future similar situations. Tra c congestion experiments were conducted in order to evaluate the performance of the method, and improvements were observed. Palabras clave: Redes de interconexi on, Computaci on de Altas Prestaciones, Encaminamiento Predictivo, Encaminamiento Basado en las Aplicaciones. vi Català En els cl usters d'altes prestacions, els requeriments actuals de les comunicacions de les aplicacions, com el patr o de tr ansit, el volum de comunicacions entre altres, poden canviar al llarg del temps i s on dif cils de predir. Aquestes necessitats generalment excedeixen o no es corresponen amb els recursos disponibles realment, la qual cosa comporta a una situaci o de desbalanceig dels recursos, congesti o a la xarxa, reducci o del throughput i un increment considerable en els valors de lat encia dels missatges. Tot aix o comporta una degradaci o general del rendiment de tot el sistema computacional. Els estudis de les aplicacions paral · leles demostren que aquestes tenen un comportament repetitiu. A m es, aquesta repetitivitat pot detectar i caracteritzar a trav es d'unes fases representatives. Aquest treball proposa un Algorisme d'Encaminament Predictiu i Distribu• t (PR-DRB). Aquest nou m etode proposa controlar la congesti o de la xarxa de manera gradual basant-se en l'expansi o controlada de camins, la distribuci o del tr ansit, la repetitivitat en les aplicacions paral · leles i l'encaminament adaptatiu especulatiu, de manera a mantenir els valors de lat encia controlats. PR-DRB controla la lat encia dels missatges en els encaminadors i guarda les millors solucions adaptatives trobades a una situaci o de congesti o. Aix o es realitza de manera a re aplicar aquestes millors solucions de manera r apida davant de situacions similars futures. Van ser desenvolupats diversos experiments que generin congesti o de tr ansit per tal d'avaluar el rendiment de la proposta, i s'han aconseguit millores importants en el rendiment global del sistema. Paraules clau: Xarxes d'interconnexi o, Computaci o d'Altes Prestacions, Encaminament Predictiu, Encaminament Basat en les Aplicacions. vii Carlos Heriberto N uñez Castillo. PhD Thesis 2013. Agradecimientos Todo este trabajo no puede acabar sin la dedicaci on del mismo a la que fue el motor, el engranaje principal y la llama que me mantuvo motivado a lo largo de todo estos años. Para vos,Nati. Sin tu apoyo incondicional y sincero, esto no hubiera podido acabar del todo, y m as que nada, no hubiera tenido valor ni signi cado alguno. A la personita que hoy llev as dentro, que mucho antes de ver la luz de este maravilloso mundo y a la maravillosa mujer que la trae, ya gobierna mis pasos y mi vida. Incre ble lo que una vida puede ejercer en otra. "De todo corazón, GRACIAS." ix Carlos Heriberto N uñez Castillo. PhD Thesis 2013. Agradecimientos A todo el departamento y en especial a todos los integrantes del grupo de trabajo, quienes estuvieron a mi lado en cada momento, cada reuni on y cada minuto que se tomaron para conversar conmigo y dar forma a esta tesis. Gracias a Emilio y Lola por la oportunidad, los consejos, la experiencia y m as que nada por el tiempo que me han dedicado. A Sandra, Hai, Gonzalo y Diego quienes estuvieron a mi lado, y con sus cr ticas y comentarios fueron matizando el trabajo. A Dani Franco, mi director, de quien siempre he admirado su capacidad para resolver problemas y sin importar el grado, la complejidad o las horas que invirtamos, nos hace culminar con una sonrisa. No puedo olvidar a mi familia, mis padres y t a Ana, que desde que tengo raz on me han enseñado que el trabajo duro, honesto y constante forman la mejor receta para salir adelante. Que no existen barreras que no podamos superar con ella. Hoy, una vez m as, veo que han tenido raz on. Siempre me hab an dicho que a lo largo de una traves a de esta envergadura, uno logra conocer y hacerse de muy buenos amigos. Pues ten an raz on. Gracias al doctorado he podido conocer a personas a quienes los llevar e presentes durante toda la vida. Ronal, Hugo, Mim , Caro, Juan Diego, Javier Martinez y Tami sin duda han sido invaluables. Mis amigos brasileños; Tharso, con quien hemos podido soñar un mundo mejor cada vez que hablamos; y Aprigio, extrañare las sesiones de sobremesa con nuestros caf es. De ah salieron muchas ideas que fueron como el combustible para seguir o soñar que todo se puede. Es dif cil enumerar a las personas, pues muchas a lo largo de todo este tiempo han sido m as que compañeras. Mis m as cercanos al escritorio, Javier Panadero, Andrea y Joao. Conversar con ustedes 5 minutos siempre ha servido para cambiar de aire, re rnos y aprender algo nuevo. No puedo dejar de agradecer a Sandra, por los mates, chicles, dulces y dem as provisiones que siempre ha tenido disponible para todos, adem as por el aguante y la compañ a en las interminables reuniones. No puedo olvidar a mis otros compañeros que tambi en siempre estuvieron a mi lado, Eduardo, C esar, Julio, Alvaro y Marcela. A la gente del RINCE en Irlanda, especialmente a Martin Collier, Olga Ormond y xi Diego Lugones; por recibirme y darme la oportunidad de formar parte de tan prestigioso centro en Dubl n. Tambi en a los amigos que conoc all , Mithun Reddy, Khalid Javed y Jin Jie. A los peques de la familia que sirven de inspiraci on para seguir construyendo un pa s, un mundo, un lugar mejor para todos. Gracias a la Nune por su ternura in nita, al Thi por su inocencia, a Ma del Carmen por su gracia, al Joaco por sus energ as y Dieguito por su cariño. Ustedes son el futuro, y los que hacen que cada d a tenga raz on de ser. Tampoco la familia puede estar fuera, para quienes constantemente pese a la distancia nos env an sus palabras de apoyo, de amor y de esperanza. Mari. Menci on especial para Sonia que supo (y tuvo que) aguantarme durante estos cuatro años. Una menci on que no puede faltar, es a mi Alma Mater, La Facultad Polit ecnica de la Universidad Nacional de Asunci on Paraguay. En especial a Mar a Elena y Abel. Gracias por con ar en m y apoyarme como lo han hecho. Esto no tiene precio. La Facultad de Ingenier a de la Universidad Nacional de Itap ua tambi en merece mi reconocimiento. Por haberme dado la oportunidad de llevar adelante el primer grupo de investigaci on, y llegado el momento, de apoyarme en mi decisi on de conseguir el doctorado. A mi querido pa s, Paraguay, por darme la oportunidad de formarme en el y salir a competir y demostrar lo que producimos en car acter intelectual y social. Gracias a las oportunidades que he encontrado en mi tierra, me enorgullece llevar siempre mi bandera en alto y espero, en breve, poder devolverle con creces todo lo que ha hecho por m . Creo rotundamente en un pa s mejor, y estoy decidido a aportar mi grano de arena para conseguirlo.
doi:10.1109/cluster.2011.66 dblp:conf/cluster/CastilloLFL11 fatcat:l5mrjpu7irfodls7qmzxv6hqa4