10、并行计算机架构：流量控制与缓存内存层次解析

并行计算机架构：流量控制与缓存内存层次解析

1. 流量控制机制

在网络中，多个消息可能同时传输并尝试使用相同的网络链路，这会引发一些问题。当这种情况发生时，部分消息传输必须被阻塞，而其他消息则可以继续传输。用于协调网络中并发消息传输的技术被称为流量控制机制。

流量控制机制在各类网络中都非常重要，包括局域网和广域网。像 TCP 这样的流行协议就包含了复杂的流量控制机制，以获得较高的有效网络带宽。对于并行计算机网络而言，流量控制尤为重要，因为它们必须能够快速、可靠地传输大量消息，消息丢失是不能被容忍的，因为这会导致正在执行的并行程序出错。

流量控制机制通常试图避免网络拥塞，以保证消息的快速传输。链路级的流量控制机制是一个重要方面，它考虑的是消息或数据包在网络的单个链路上的传输。

假设有一个链路连接两个交换机 A 和 B，一个数据包要从 A 传输到 B。如果 A 和 B 之间的链路空闲，数据包可以从 A 的输出端口传输到 B 的输入端口，然后再转发到 B 的合适输出端口。但如果 B 很忙，可能会出现 B 的输入端口没有足够的缓冲区空间来存储来自 A 的数据包的情况。这时，数据包必须保留在 A 的输出缓冲区中，直到 B 的输入缓冲区有足够的空间。这可能会给 A 之前的交换机带来反向压力，从而导致网络拥塞的风险。

链路级流量控制机制的原理是，如果接收方交换机的输入缓冲区空间不足，它会向发送方交换机提供反馈，以防止额外数据包的传输。这种反馈会在网络中迅速反向传播，直到到达原始发送节点。然后，发送方可以降低其传输速率，以避免进一步的数据包延迟。

然而，链路级流量控制虽然有助于减少拥塞，但反馈传播可能太慢，当反馈到达原始发送方时，网络可