3.7. Оценка средней загрузки матрицы регистров

Последний эксперимент на основе PPP Switch Simulator и Visual QChart Simulator был направлен на оценку средней загрузки матрицы регистров при ис­пользовании ПКП-коммутации ρ_ppp (mean RM load, см.

На рис. 3.19 изображены графики зависимости загрузки ρ_pppот интенсивно­сти потоков пакетов на входах КУ (параметра p) при нескольких фиксированных значениях n(поскольку статистические погрешности составили менее 1%, планки погрешностей на рис. 3.19 условно не показаны). Из рис. 3.19 видно, что макси­мум средней загрузки МР имеет место при p ≥ 0.7 ÷ 0.8, т.е. на границе насыще­ния КУ, когда интенсивность потока пакетов достигает пропускной способности

устройства. При этом с увеличением nзагрузка МР падает; соответственно, эф­фективность использования внутреннего буфера снижается. Так, при n = 5 мак­симум P_pppсоставляет примерно 0.314 (МР загружена в среднем на 31.4%), при n = 15 - около 0.147 (МР загружена в среднем на 14.7%), а при n = 25 - приблизи­тельно 0.103 (МР загружена в среднем на 10.3%).

Рисунок 3.19. Графики зависимости средней загрузки матрицы регистров ПКП КУ P_pppот параметраpраспределения Бернулли при n∈{5,10,15,20,25}

Представляет интерес сравнение максимума средней загрузки МР ρ_pppс теоретическим пределом ρm_ax, полученным в разделе 2 (см. рис. 2.7). Сопоставляя зависимости на рис. 3.19 (при p = 1) и рис. 2.7 (верхний график), находим:

Таким образом, средняя загрузка МР, несмотря на «более плотное» запол­нение матрицы вследствие конвейеризации обработки пакетов, оказывается суще­ственно ниже теоретически достижимой.

В то же время, сравнивая максимум средней загрузки МР ρ_pppс теоретиче­ским пределом ρm_ax, соответствующим КУ без конвейеризации (см. рис. 2.7), можно установить, что параллельно-конвейерная диспетчеризация дает ощути­мый эффект при любых практически значимых п. Сопоставляя зависимости на рис. 3.19 (при p = 1) и рис. 2.7 (нижний график), находим:

Выводы

1. Имитационное моделирование разработанного коммутационного устройства показывает, что его пропускная способность составляет не менее 0.78 для всех практически значимых случаев (п ≥ 5) и, таким образом, превышает про­пускную способность КУ с входными FIFO-буферами без буферизованного вы­ходного переключателя не менее, чем на 21.9%. При п = 20 преимущество ПКП КУ составляет около 36.7%.

2. Установлено, что применение разработанного метода обеспечивает со­кращение среднего времени прохождения пакетов через коммутационное устрой­

ство до 5 раз и повышение пропускной способности устройства на 1.2-3.8% по сравнению с известными коммутаторами с буферизованным переключателем при больших значениях интенсивности входящих потоков пакетов, что позволяет су­щественно снизить коммуникационные издержки при реализации параллельных программ в мультипроцессорах, требующих постоянного межпроцессорного об­мена данными.

3. Исследование пропускной способности ПКП КУ при больших значениях n (n >> 25) демонстрирует ее дальнейший рост и приближение к 1, что объясняет­ся постепенным уменьшением вероятности возникновения блокировки пакетов в головных регистрах входных очередей (HOL blocking). Так, при n = 100 указанная вероятность не превышает 0.04, при n = 500 составляет не более 0.013, а при n = 1000 - не выше 0,0081.

4. Проведенные машинные эксперименты показывают, что в достаточно широком диапазоне значений интенсивности входящих потоков пакетов (p ≤ 0.7) полное время прохождения пакета через КУ практически не зависит от числа вхо- дов/выходов устройства nи составляет не более 8 ÷ 9 микротактов. При работе синхрогенератора КУ на частоте 1 ГГц указанное время составило бы не более 8 ÷ 9 нс.

5. Сопоставление результатов имитационного моделирования с теоретиче­скими оценками верхних границ быстродействия КУ, полученными в предыду­щем разделе, подтверждает характер зависимостей быстродействия от числа вхо- дов/выходов устройства n. Как и ожидалось, средние оценки быстродействия КУ оказались ниже соответствующих теоретических границ. Это различие связано с тем, что размещение множества пакетов в МР фактически отличается от равнове­роятного и повышается вероятность появления «плохих» вариантов размещения, для которых характерно большое число пакетов в одной строке матрицы.

6. Исследование загрузки матрицы регистров КУ показывает, что разрабо­танный метод позволяет значительно повысить среднюю загрузку МР. В то же

время установлено, что средняя загрузка МР оказывается существенно ниже тео­ретических предельных оценок. Таким образом, потенциальные возможности матрицы регистров в части повышения пропускной способности ПКП КУ далеко не исчерпаны, что объясняется ограничениями коммутации входных очередей и МР.

4.