存储服务器的自底向上高速缓存结构制造技术

一种网络化存储服务器（４００）具有自底向上的高速缓存分级结构。最低级高速缓存（４１２）位于作为网络接口卡（ＮＩＣ）和主机总线适配器（ＨＢＡ）的组合的嵌入式控制器（４０９）上。来往于网络的存储数据（１）被高速缓存在该最低级高速缓存（４１２）中，与这些数据相关的元数据（２）被传递给服务器主机（４０２）以供处理。当高速缓存的数据超过最低级高速缓存（４１２）的容量时，数据被移至通常远大于控制器上的存储器的主机存储器（４１０）。对来自网络的存储读请求，大多数数据从诸如硬盘驱动器或ＲＡＩＤ等存储设备（４１３）经由最低级高速缓存（４１２）直接传递给网络。类似地，对来自网络的存储写请求，大多数数据在没有将它们复制到主机存储器（４１０）的情况下，经由最低级高速缓存直接写入存储设备（４１３）。控制器级处这样的数据高速缓存显著地减少了总线通信量，这导致网络化存储的极大性能改进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利技术要求于2003年10月20日提交的美国专利临时申请第60/512,728号的优先权，该申请通过引用包含在此。
技术介绍
本专利技术涉及耦合至网络的存储服务器。数据是所有计算处理用作基础的底层资源。随着因特网和电子商务近年来的爆炸性发展，极大地增加了对数据存储系统的需求。数据存储系统包括一个或多个存储服务器以及一个或多个客户机或用户系统。存储服务器处理客户机的读和写请求(也被称为I/O请求)。众多研究致力于使得存储服务器能够更快和更有效地处理I/O请求。在过去的十年以来，作为引起CPU性能和网络速度显著增长的技术进步的结果，显著地改进了存储服务器的I/O请求处理能力。类似地，由于诸如RAID(廉价磁盘冗余阵列)等存储设备级的数据管理技术的改进以及大范围高速缓存的使用，也极大地改进了数据存储系统的吞吐量。与此相反，诸如PCI总线等系统互连的性能增长未跟上CPU和外设在同一时期内前进的步伐。作为结果，系统互连成为高性能服务器的主要性能瓶颈。该瓶颈问题普遍地由计算机体系结构和系统共同体(community)实现。为解决该瓶颈问题进行了大量研究。该领域的一个值得注意的研究努力涉及通过用PCI-X或InfiniBandTM替代PCI来增加系统互连的带宽。PCI-X表示“PCI扩展”，它是将PCI的速度从133Mbps提高到1GBps之多的增强的PCI总线。与共享总线相对比，InfiniBandTM技术使用交换结构来提供更高的带宽。专利技术简述本专利技术的实施例涉及具有最小化系统互连上的数据通信量的改进的高速缓存结构的存储服务器。在该存储服务器中，最低级高速缓存(例如，RAM)位于结合网络接口卡(NIC)和存储设备接口(例如，主机总线适配器)的功能的嵌入式控制器上。从网络接收或将向网络发送的存储数据被高速缓存在该最低级高速缓存中，且仅将与这些存储数据相关的元数据传递给服务器的CPU系统(也被称为“主处理器”)以供处理。当高速缓存的数据超过最低级高速缓存的容量时，数据被移至通常远大于控制器上的RAM的主机RAM。控制器上的高速缓存被称为1级(L-1)高速缓存，主处理器上的高速缓存被称为2级(L-2)高速缓存。该新的系统被称为自底向上高速缓存结构(BUCS)，与传统的自顶向下高速缓存形成对比，在后者中，最高级高速缓存是最小且最快的，在分级结构中越低则高速缓存越大且越慢。在一个实施例中，一种耦合至网络的存储服务器包括，包含中央处理单元(CPU)和第一存储器的主机模块；耦合该主机模块的系统互连；以及包含处理器、耦合至网络的网络接口设备、耦合至存储子系统的存储接口设备和第二存储器的集成控制器。第二存储器定义临时性存储将被读出给网络或写入存储子系统的存储数据的较低级高速缓存，使得可无需将存储数据加载至由第一存储器定义的较高级高速缓存来处理读或写请求。在另一实施例中，一种用于管理耦合至网络的存储服务器的方法包括，在存储服务器处经由网络从远程设备接收访问请求，该访问请求与存储数据相关。响应于该访问请求，在没有将与访问请求相关联的存储数据存储在存储服务器的主机模块的较高级高速缓存中的情况下，将存储数据存储在存储服务器的集成控制器的较低级高速缓存中，其中集成控制器具有耦合至网络的第一接口以及耦合至存储子系统的第二接口。访问请求是写请求。与访问请求相关联的元数据经由系统互连发送给主机模块，同时将存储数据保存在集成控制器上。该方法还包括，使用从集成控制器接收的元数据在主机模块上生成描述符；在集成控制器处接收该描述符；将该描述符与集成控制器上的存储数据关联，用于经由集成控制器的第二接口将存储数据写至存储子系统中的适当存储位置。访问请求是读请求，存储数据经由第二接口从存储子系统获得。该方法还包括，在没有首先将存储数据转发给主机模块的情况下，经由第一接口将存储数据发送给远程设备。在另一实施例中，一种存储服务器中提供的存储控制器的集成控制器包括，处理数据的处理器；定义较低级高速缓存的存储器；经由网络耦合至远程设备的第一接口；耦合至存储子系统的第二接口。该集成控制器被配置成将与从远程设备接收的写请求相关联的写数据临时性地存储在较低级高速缓存上，并在没有将写数据存储至与存储服务器的主机模块相关联的较高级高速缓存的情况下经由第二接口将写数据发送给存储子系统。在又一实施例中，一种计算机可读介质包括，用于处理在存储服务器处经由网络从远程设备接收的访问请求的计算机程序。该计算机程序包括这样的代码，它们用于在存储服务器处经由网络从远程设备接收访问请求，该访问请求与存储数据相关；以及响应于该访问请求，在没有将与访问请求相关联的存储数据存储在存储服务器的主机模块的较高级高速缓存中的情况下，将存储数据存储在存储服务器的集成控制器的较低级高速缓存处，该集成控制器具有耦合至网络的第一接口以及耦合至存储子系统的第二接口。访问请求是写请求，该程序还包括用于将与访问请求相关联的元数据经由系统互连发送给主机模块，同时将存储数据保存在集成控制器处的代码。在主机模块处使用从集成控制器接收的元数据生成描述符，并将该描述符发送给集成控制器，其中，该程序还包括代码，用于将描述符与集成控制器处的存储数据关联，以便经由集成控制器的第二接口将存储数据写入存储子系统中的适当存储位置。访问请求是读请求，且经由第二接口从存储子系统获得存储数据。该计算机程序还包括，用于在没有首先将存储数据转发给主机模块的情况下经由第一接口将存储数据发送给远程设备的代码。附图简述附图说明图1A示出了示例性的直接附加存储(DAS)系统。图1B示出了示例性的存储区网络(SAN)系统。图1C示出了示例性的网络附加存储(NAS)系统。图2示出了包含存储服务器和存储子系统的示例性存储系统。图3示出了根据常规技术在存储服务器内部响应于读/写请求的示例性数据流。图4示出了根据本专利技术的一个实施例的存储服务器。图5示出了根据本专利技术的一个实施例的BUCS或集成控制器。图6示出了根据本专利技术的一个实施例的用于执行读请求的过程。图7示出了根据本专利技术的一个实施例的用于执行写请求的过程。专利技术的详细描述本专利技术涉及存储系统中的存储服务器。在一个实施例中，以自底向上高速缓存结构(BUCS)提供存储服务器，其中大量使用较低级高速缓存来处理I/O请求。如此处所使用的，较低级高速缓存或存储器指的是直接分配给主机模块的CPU的高速缓存或存储器。与在传统自顶向下高速缓存分级结构中将频繁使用的数据尽可能置于较高级高速缓存中形成对比，在这样的存储服务器中，与I/O请求相关联的存储数据被尽可能地保存在较低级高速缓存中，以最小化系统总线或互连上的数据通信量。对来自网络的存储读请求，大多数数据通过最低级高速缓存从诸如硬盘驱动器或RAID等存储设备中直接传给网络。类似地对于来自网络的存储写请求，大多数数据通过较低级高速缓存直接写入存储设备，而没有如现有系统中那样将它们复制到较高级高速缓存(也被称为“主存储器或高速缓存”)中。控制器级中这样的数据高速缓存显著地减少了诸如PCI总线等系统总线上的通信量，从而引起网络化数据存储操作的极大的性能改进。在使用Intel的IQ80310标准板和Linux NBD(网络块设备)的实验中，BUCS与传统系统相比，将响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耦合至网络的存储服务器，所述服务器包括：包含中央处理单元（ＣＰＵ）和第一存储器的主机模块；耦合所述主机模块的系统互连；以及包含处理器、耦合至所述网络的网络接口设备、耦合至存储子系统的存储接口设备和第二存储器的集成 控制器，其中，所述第二存储器定义临时性存储将被读出给所述网络或写入所述存储子系统的存储数据的较低级高速缓存，使得可在无需将所述存储数据加载至由所述第一存储器定义的较高级高速缓存的情况下处理读或写请求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-10-20 60/512,7281.一种耦合至网络的存储服务器，所述服务器包括包含中央处理单元(CPU)和第一存储器的主机模块；耦合所述主机模块的系统互连；以及包含处理器、耦合至所述网络的网络接口设备、耦合至存储子系统的存储接口设备和第二存储器的集成控制器，其中，所述第二存储器定义临时性存储将被读出给所述网络或写入所述存储子系统的存储数据的较低级高速缓存，使得可在无需将所述存储数据加载至由所述第一存储器定义的较高级高速缓存的情况下处理读或写请求。2.如权利要求1所述的存储服务器，其特征在于，所述第二存储器由所述网络接口设备和存储接口设备共享。3.如权利要求1所述的存储服务器，其特征在于，所述集成控制器包括耦合所述处理器、网络接口设备和存储接口设备的内部总线；以及耦合所述处理器和第二存储器的存储器总线。4.如权利要求3所述的存储服务器，其特征在于，所述系统互连是总线。5.如权利要求1所述的存储服务器，其特征在于，所述系统互连是基于交换的设备。6.如权利要求1所述的存储服务器，其特征在于，I/O请求的存储数据被保存在所述较低级高速缓存中，而I/O请求的元数据被发送给所述主机模块来为所述I/O请求生成头部。7.如权利要求6所述的存储服务器，其特征在于，所述I/O请求是读或写数据。8.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q杨，M张，
申请(专利权)人：罗得岛及普罗维登斯属地高等教育管理委员会，
类型：发明
国别省市：US[美国]