Resumen de Análisis, evaluación de prestaciones y mejora de interfaces de red mediante modelos hdl
Los simuladores son herramientas indispensables para el análisis y la evaluación de las propuestas en los distintos niveles de diseño de las arquitecturas de computadores. La investigación en arquitectura de computadores necesita de la simulación para estudiar el efecto de las distintas ideas y alternativas, y corroborar las expectativas a un coste limitado.
En este Tesis persigue minimizar la sobrecarga (overhead) de comunicación en el computador. Mediante la externalización de los protocolos de comunicación (offloading y onloading), que consiste en la ejecución de parte (o la totalidad) de dichos protocolos en un procesador distinto a la CPU del computador. La idea principal de la externalización mediante offloding, consiste en distribuir las tareas de comunicación entre los elementos diferentes del nodo, en particular entre la CPU del nodo y los procesadores en la NIC. En el caso de la externalización mediante onloading, se asigna el procesamiento de los paquetes a uno de los núcleos de procesamiento en la CPU del nodo o una de las CPUs en un SMP. De esta manera, un procesador de alto rendimiento se encarga de procesar los paquetes.
Se han elaborado distintos modelos HDL para analizar las diferencias entre las técnicas de offloading y onloading, y comparar sus prestaciones, entre si, y con la configuración de base inicial. Se ha utilizado el lenguaje de programación (Verilog HDL) para describir todos los módulos que intervienen en el camino de comunicación. Los modelos realizados nos ha permitido utilizar un simulador HDL para analizar y evaluar, mediante los resultados de las simulaciones realizadas, los efectos de la externalización de los protocolos de comunicación en el comportamiento de la interfaz de red. En cuanto al módulo HDL que describe las características de la tarjeta de red, se han escrito distintas versiones según las características de la alternativa de externalización (offloading u onloading) a considerar. Lo mismo se ha hecho para los módulos que describen a los procesadores. Mediante la simulación de los distintos modelos HDL, se han estudiado las prestaciones del sistema de comunicación completo implementando las distintas técnicas de offloading y onloading, que se han comparado con la alternativa de base, sin externalización.
Se ha presentado una propuesta de interfaz de red híbrida de externalización, que combina las alternativas de offloading y onloading. La nueva propuesta mejora los anchos de banda obtenidos por las opciones de externalización, con unos resultados de latencia prácticamente iguales al mejor caso de la externalización.
La comparación de los resultados que se han obtenido con los modelos HDL elaborados y los obtenidos a partir de un simulador de sistema completo como SIMICS, que permite una simulación detallada de la ejecución de las aplicaciones y del sistema operativo, pone de manifiesto coincidencias en los resultados obtenidos.
Se ha usado el diseño de experimentos para estudiar y analizar qué variables influyen de forma más significativa en el sistema de comunicación. Además, se ha usado ANOVA para comprobar la influencia de los factores del modelo LAWS. Los experimentos ponen de manifiesto que el tipo de tráfico de paquetes utilizado en las simulaciones da lugar a mejoras de prestaciones cuantitativamente distintas, dependiendo al tamaño y la velocidad de los paquetes Se puede concluir que los modelos HDL constituyen una herramienta adecuada para estudiar el comportamiento de la interfaz de red y las posibles mejoras que se pueden implementar en la misma.
Se puede afirmar que se han obtenido algunas conclusiones significativas sobre el aprovechamiento de la presencia de varios procesadores en el nodo para desarrollar distintas alternativas de mejora de las prestaciones del camino de comunicación. Además, podemos concluir que el uso de las técnicas de externalización (offloading u onloading) tiene un efecto relevante en las prestaciones de comunicación, aunque dependen del perfil de comunicación de la aplicación considerada. Por otro parte, los modelos HDL ofrecen una descripción del sistema a evaluar con un nivel de precisión adecuado para interpretar las transferencias de datos y control en el nodo, y la interacción de los distintos elementos del camino de comunicación, permitiendo extraer conclusiones útiles acerca de las consecuencias de la situación de los cuellos de botella y el diseño de propuestas de mejora.
