用于向计算节点动态地分配存储资源的方法和装置制造方法及图纸

提供了用于将交换机配置为向计算节点指派存储设备中的分区的方法、系统、计算机可读存储介质以及交换机。管理控制器将交换机配置为基于计算节点处的工作负载来向计算节点动态地分配存储设备中的至少一个存储设备的分区。

Methods and devices used to dynamically allocate storage resources to computing nodes

A method, a system, a computer readable storage medium, and a switch are provided for configuring a switch to assign a partition to a storage device to a computing node. The management controller configuring the switch to dynamically allocate the partition of at least one storage device to the computing node based on the workload of the computing node.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于向计算节点动态地分配存储资源的方法和装置
本文描述的实施例总体上涉及向服务器中的计算节点动态地分配存储资源。
技术介绍
大型数据中心中的服务器受益于从诸如服务器的计算节点分解存储资源，以将存储资源高效地组合成要在计算节点之间共享的聚合池。这些池实现机架中的服务器的更高密度，以及如何将存储资源分配给计算节点方面的灵活性。池资源的现有解决方案涉及跨固态存储设备(SSD)的集合而实现独立磁盘冗余阵列(RAID)，并且然后将容量的一部分分配给每个附接的计算节点。RAID抽象概念要求由RAID控制器对节点输入/输出(IO)命令进行处理，以创建可以发送到SSD的转换后的命令。由RAID和SSD控制器进行的这种转换向I/O命令处理加入了延迟。由于SSD的延迟在新的高速NVM技术的情况下降低，针对RAID控制器转换所加入的延迟成为整体I/O延迟的更大比例部分。NVM快速规范针对基于PCI快速的固态驱动器(SSD)定义了优化的寄存器接口、命令集以及特征集。外围组件互连快速(PCIe)总线减少延迟，提供改进的每秒输入/输出操作(IOPS)，并且改进SSD访问的并行性。NVMe允许主机软件与闪速存储器设备中的存储子系统进行通信。NVMe提供允许单个主机与命名空间之间的两个或更多个独立PCIe路径的多路径I/O，并且提供命名空间共享以允许两个或更多个主机使用不同的NVMe控制器对公共共享命名空间进行访问。多路径I/O和命名空间共享二者都要求NVMe子系统包含两个或更多个控制器。NVMe还支持单根I/O虚拟化(SR-IOV)，其提供虚拟功能，以允许多个虚拟机对存储设备进行访问，并且绕过虚拟机监测器或管理程序层进行I/O访问。附图说明参考附图通过示例的方式对实施例进行描述，附图不是按比例绘制的，其中相同的附图标记指示相似的元素。图1示出了存储环境的实施例。图2示出了设备控制器指派的实施例。图3示出了将交换机配置为将存储设备中的分区指派给主机节点的操作的实施例。图4示出了对添加到主机节点中的提交队列的输入/输出(I/O)命令进行处理的操作的实施例。图5示出了对来自存储设备的返回数据进行处理的实施例。图6示出了其中可以实现组件的计算机节点架构的实施例。具体实施方式所描述的实施例提供了用于将存储设备池化以实现将存储设备的分区灵活地指派给主机节点以便适应主机节点的存储要求和存储管理策略要求的技术。所描述的实施例可以利用其中存储设备中的每个分区由分离的设备控制器或虚拟功能进行管理的架构，以允许由一个或多个主机节点对一个存储设备中的分区进行单独的访问。交换机可以被配置为实现设备控制器和分区的指派，以仅将根据主机节点的存储要求和存储管理策略实际被指派给主机节点的设备控制器和分区暴露给该主机节点。这种布置允许使用总线接口协议通过交换机在主机节点与存储设备之间直接传输数据和命令，并且允许将存储资源灵活地指派给主机节点。在下面的说明书中，阐述了诸如逻辑实现、操作码、指定操作数的手段、资源划分/共享/复制实现、系统组件的类型和相互关系以及逻辑划分/集成选择等许多具体细节，以便提供对本专利技术的更彻底的理解。然而，本领域技术人员将会理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，为了不使本专利技术模糊，没有详细示出控制结构、门电平电路以及全软件指令序列。利用所包括的描述，本领域普通技术人员将能够在不进行过度实验的情况下实现适当的功能。说明书中提及“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构、或特性，但是每个实施例可以不一定包括该特定特征、结构、或特性。此外，这样的短语不一定指代相同的实施例。某些实施例涉及存储设备电子组装。实施例包括用于形成电子组装的设备和方法。图1示出了存储环境100的实施例，存储环境100具有经由交换机106与多个存储设备1041，1042….104m进行通信的多个主机节点1021，1022….102n。存储设备1041，1042….104m中的每一个存储设备的地址空间可以被划分成一个或多个分区1081，1082…108k，其中每个分区包括存储设备1041，1042….104m中的地址的子集。主机节点还可以包括能够对存储分区进行访问并执行计算操作的任何类型的计算节点。交换机106接收来自管理控制器110的、将主机节点1021，1022….102n指派给在存储设备1041，1042….104m中配置的分区1081，1082…108k，管理控制器110应用存储管理策略以基于以下因素来确定如何将分区指派给主机节点1021，1022….102n：例如，主机节点1021，1022….102n处的存储使用情况、指定要提供给主机节点1021，1022….102n的存储的量和/或质量的服务级别协议(SLA)以及其他存储管理策略。虽然示出了一个交换机106，但是另外的实施例可以包括多个互连的交换机，其中主机节点1021，1022….102n以及存储设备1041，1042….104m可以各自连接到交换机中的一个或多个。存储设备1041，1042….104m中的每一个存储设备包括如关于存储设备1041所示出的组件，存储设备1041包括存储子系统112。每个存储子系统112包括一个或多个设备控制器1141，1142…114k、一个或多个命名空间1161，1162….116n(其中对于分区1081，1082….108k和设备控制器1141，1142…114k中的每一个都存在一个命名空间)、一个或多个总线端口(未示出，例如，PCI快速端口)以及包括分区1081，1082…108k的非易失性存储介质(例如，当存储设备1041，1042….104m包括固态驱动器(SSD)时，是NAND存储)。可以对每个命名空间1161，1162…116n指派分离的命名空间标识符。交换机106包括对交换机106和存储器120的操作进行管理的交换机控制器118。交换机控制器118可以被实现为由处理器执行的固件。作为交换机106的初始化的一部分，或者当添加存储设备1041，1042….104m时，在存储设备1041，1042….104m中每个存储设备的存储子系统112中，交换机控制器118针对设备控制器1141，1142…114k中的每个设备控制器生成仿真设备控制器1221，1222…122t。仿真设备控制器的数量“t”可以包括存储设备1041，1042….104m中的所有设备控制器1141，1142...114k的总和。管理控制器110或系统中的其他组件中的一些(例如，交换机控制器118或存储子系统112)可以基于传送自管理控制器110的、存储设备分区1081，1082…108k的指派来生成命名空间1161，1162…116k和设备控制器指派200。设备控制器指派200将指派给设备控制器1141，1142…114k的命名空间1161，1162…116k分别映射到主机节点1021，1022….102n。以这种方式，可以存在每个命名空间1161，1162…116k到主机1021，1022….102n中的每一个的一对一映射。如关于主机节点1021所示，每个主机节点1021，1022….102n包括具有设备驱动器132的操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对交换机进行配置的装置，所述交换机耦合到多个计算节点和多个存储设备，所述装置包括：管理控制器，其用于将所述交换机配置为基于计算节点处的工作负载来向所述计算节点动态地分配所述存储设备中的至少一个存储设备的分区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.26 US 14/752,8121.一种用于对交换机进行配置的装置，所述交换机耦合到多个计算节点和多个存储设备，所述装置包括：管理控制器，其用于将所述交换机配置为基于计算节点处的工作负载来向所述计算节点动态地分配所述存储设备中的至少一个存储设备的分区。2.根据权利要求1所述的装置，其中，将所述交换机配置为动态地分配分区还包括：确定所述存储设备中的要向所述计算节点指派的分区；针对被指派了至少一个分区的所述计算节点中的每个计算节点，生成向所述至少一个分区被指派给的计算节点的对至少一个设备控制器的指派，所述至少一个设备控制器用于管理被指派的至少一个分区；以及将所述交换机配置为将管理被指派给所述计算节点中的每个计算节点的至少一个分区的所述至少一个设备控制器暴露给被指派了所述至少一个分区的计算节点，其中，被指派给计算节点的设备控制器中的每个设备控制器被该计算节点发现作为总线接口上的目标设备，该计算节点在所述总线接口上进行通信。3.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其中，主机节点使用总线接口命令来与所述存储设备中的被指派给所述主机节点的所述设备控制器进行通信，以对由被指派给所述主机节点的所述设备控制器管理的分区进行访问。4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，将所述交换机配置为动态地分配分区还包括：处理针对所述主机节点的存储策略管理要求，来确定所述存储设备中的要指派给所述主机节点的分区以满足所述存储策略管理要求。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，对所述交换机进行配置使得所述交换机执行以下操作：由所述主机节点中的一个主机节点对命令进行处理，所述命令指示受所述命令支配的地址以及对包括受所述命令支配的所述地址的分区进行管理的设备控制器的设备控制器标识符；以及将所述命令路由到所述命令中的所述地址所映射到的存储设备中的所确定的设备控制器功能。6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，表示不同分区的对所述设备控制器的指派包括以下中的至少一个：向不同主机节点的对所述存储设备中的一个存储设备中的分区的指派，以允许所述不同主机节点对所述存储设备中的一个存储设备中的不同分区进行访问；以及向所述主机节点中的一个主机节点的对不同存储设备中的分区的指派，以允许该主机节点对所述不同存储设备中的分区进行访问。7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其中，将所述交换机配置为动态地分配分区还包括：在所述交换机中配置针对所述存储设备中的所述设备控制器中的每个设备控制器的仿真设备控制器，其中，通过向所述主机节点暴露表示被指派给主机节点的所述至少一个设备控制器的仿真设备控制器中的至少一个仿真设备控制器，将所述主机节点暴露给所述设备控制器，其中，所述主机仅被暴露给表示被指派给该主机节点的设备控制器的仿真设备控制器，而不被暴露给未被指派给该主机节点的设备控制器的仿真设备控制器，其中，对所述仿真设备控制器的暴露使得所述交换机将指向所述仿真设备控制器的主机节点命令路由到由所述仿真设备控制器表示的所述存储设备中的所述设备控制器。8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述仿真设备控制器对所述存储设备中的所述设备控制器的物理功能或虚拟功能中的至少一个进行仿真。9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，在所述存储设备中配置的所述设备控制器包括所述存储设备的存储子系统中的虚拟功能，其中，所述存储设备中的每个存储设备中的控制器包括物理功能，其中，所述存储设备中的每个存储设备的存储子系统包括具有用于对所述总线接口上的通信进行管理的总线功能的完全集合的物理功能，并且其中，所述虚拟功能中的每个虚拟功能具有用于执行关于被指派给所述虚拟功能的分区的数据移动操作的总线接口功能的轻量级集合。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述存储设备包括固态存储驱动器，其中，所述存储设备中的所述虚拟功能实现单根输入/输出虚拟化和共享架构以及一个物理功能。11.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中，所述主机节点使用非易失性存储器快速(NVMe)协议来通过PCIe总线接口发布输入/输出(I/O)命令。12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其中，对所述交换机进行配置使得所述交换机执行以下操作：检测所述主机节点中的一个主机节点在针对所述设备控制器中的一个设备控制器的提交队列中包括I/O命令，所述I/O命令指示所述命令所指向的地址；确定所述存储设备中的一个存储设备中的与所指示的地址相关联的设备控制器；以及向所述存储设备中的所确定的设备控制器发送所述提交队列具有所述I/O命令的通知，以使得所述设备控制器经由所述交换机从所述提交队列中取回所述命令。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述地址包括所述I/O命令指向的命名空间的命名空间标识符以及所述I/O命令所应用于的命名空间中的地址块，其中，所述命名空间包括在所述存储设备中配置的分区中的一个分区中的逻辑块的集合，其中，所述设备控制器中的每个设备控制器与所述存储设备中的多个命名空间中的一个命名空间相关联，并且其中，确定与所指示的地址相关联的设备控制器包括确定被指派给在所述I/O命令中指示的所述命名空间标识符的设备控制器。14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其中，对所述交换机进行配置使得所述交换机执行以下操作：从所述存储设备中的一个存储设备中的所述设备控制器中的一个设备控制器接收针对来自所述主机节点中的一个主机节点的I/O命令的返回数据；根据所述指派来确定被指派给...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·施密瑟尔，M·J·库马尔，B·弗莱舍尔，D·达斯夏尔马，R·K·拉马努詹，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US