控制路径Ｉ／Ｏ虚拟化制造技术

本发明专利技术描述了一种与代理控制器结合的数据交换机，所述数据交换机被配置为用于在至少一个输入／输出（Ｉ／Ｏ）设备和至少一个服务器之间路由数据流量和控制流量，所述至少一个服务器包括存储器，所述存储器具有地址空间，所述地址空间包括一组数据缓冲区和一列命令／状态描述符。所述数据交换机被配置成：ｉ）通过检查包报头辨别不同类型的流量；ｉｉ）在所述至少一个Ｉ／Ｏ设备和所述至少一个服务器之间直接路由数据流量；和ｉｉｉ）通过所述代理控制器路由控制流量。以此方式，因为只有控制流量（其通常包括小于带宽的１０％）需要由代理控制器处理，所以可以对Ｉ／Ｏ设备虚拟化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及例如以太网控制器、光纤通道控制器等等的ι/ο(输入/输 出)设备的虚拟化。
技术介绍
在计算机网络实现中，传统上例如以太网控制器和存储控制器的I/O资源已经并 入服务器中，每个服务器具有自己的I/O资源组。但是，因为高性能的I/O资源经常比服 务器本身更昂贵，所以对于许多服务器共享属于服务器外部的一个或多个I/O资源是有利 的。而且，因为如果服务器中的一个或多个发生故障，还仍可以使用有关的I/O资源，所以 这样的配置是更强健的。I/O虚拟化是一种方法，该方法使在标准I/O设备和标准服务器之间的访问改变， 使得可以通过对服务器和I/O设备隐藏共享的方式，在多个服务器之间共享I/O设备。I/O虚拟化具有许多优点。尽管每个虚拟系统要求自己专用的I/O资源，但是在许 多物理配置中，客户端或服务器上可利用的I/O设备的数量对于向每个应用程序提供需要 的I/O连接性和带宽可能不足或者不具有正确的类型。此外，使用集中管理的I/O资源提高了 I/O的可扩展性，同时简化了对网络和系统 的管理。当刀片式服务器和机架式服务器需要资源时，它们可以访问它们需要的资源。而 且，因为可以从集中的交换机管理1/0，所以管理员可以更容易更有效地分配资源。I/O虚拟化的集中的方法还为网络管理员提供新的机会，以使网络I/O负载均衡 和带宽管理最大化。例如，如果服务器需要额外的带宽，则网络管理员可以分配更多的I/O 容量。此外，如果服务器具有比必需的I/O资源更多的I/O资源，则更多的I/O资源可以被 重新分配给其它更需要的服务器。I/O虚拟化保证在更高的系统可靠性方面产生效益。通过在网络基础结构中消除 外围设备和端口中的过多冗余并减少网络中组件的数量，将使故障率最小化。因为网络管理员能更好地使I/O资源匹配性能需要，从而使用更少的板卡、电缆 和端口，所以I/O虚拟化还保证显著减少系统成本。现今典型的I/O设备虚拟化方案如下1.服务器虚拟化软件中的虚拟设备模拟，例如，VMware、Xen和Microsoft Virtual Server。这允许单个物理服务器上的多个虚拟机共享单个物理I/O设备。不能在多个物理 服务器之间共享I/O资源。2.与I/O网络结合的高层次I/O虚拟化，例如，以太网(Ethernet)或者 Infiniband0这使多个服务器能够共享由专门的I/O网关装置提供的对抽象的I/O服务的 访问ο3.如由PCI-SIG IOV(PCI特殊兴趣小组I/O虚拟化)标准规定的低层次的基于 PCI的I/O虚拟化。这规定了普遍存在的PCI协议的扩展，以允许多个服务器共享商用的 I/O设备。4.通过添加向现有设备添加类似PCI IOV(PCI I/O虚拟化)特征的带内虚拟化设 备，传统的I/O设备的低层次基于PCI的I/O虚拟化。这由2005年见到的NextIO非商业 技术示范机例示。高层次方案(上面的第1和第2项)提供了一些I/O虚拟化的管理益处，但是需 要较高的成本并经常具有严重的性能损失。这是由于以下事实造成的，即I/O流量必须经 过几层转换/封装并且硬件I/O设备在软件中模拟。对于低性能的1/0，这可能是可接受的 方案，但是在高I/O性能系统中，这些方案变得不实用。PCI-SIG IOV方案(上面的第三项)通过使本地I/O接口能够变成真正的多主机 网络并通过改变I/O设备以允许它们支持多个服务器来解决这些成本/性能问题。没有协 议的模拟和转换。但是实际的问题在于现有的PCI基础结构不是完全前向兼容的。必须专 门设计、实现多种新的I/O和交换设备并提供给市场，以解决这个问题，并且考虑到复杂的 相互依赖性，如何能引入技术是不清楚的。NextIO在2005年生产了 PCI IOV示范机(上面第四项)，PCI IOV示范机通过实 现IOV交换机(许多按照PCI-SIG标准)并通过向每个设备添加带内虚拟化前端设备来使 用现有的I/O设备。因为与商用I/O设备相比，前端设备非常昂贵，所以这不是商业上可行 的方案。因此，向例如(但不排除其他)PCI I/O设备的现有I/O设备添加虚拟化而避免与 现有方案有关的上面列出的问题将是可取的。
技术实现思路
在下面的描述中，将参考本专利技术的具体实施的PCI (外围部件互连标准，包括PCI Express)，但是将理解的是，在不同环境中其它实施方式可以得到应用。根据本专利技术的第一方面，提供了一种与代理控制器结合的数据交换机，所述数据 交换机被配置为用于在至少一个输入/输出(I/O)设备和至少一个服务器之间路由数据流 量和控制流量，所述至少一个服务器包括存储器，所述存储器具有地址空间，所述地址空间 包括一组数据缓冲区和一列命令/状态描述符，其中所述数据交换机被配置成i)通过检查包报头辨别不同类型的流量；ii)在所述至少一个I/O设备和所述至少一个服务器之间直接路由数据流量；和iii)通过所述代理控制器路由控制流量。根据本专利技术的第二方面，提供了一种通过与代理控制器结合的数据交换机在至少 一个输入/输出(I/O)设备和至少一个服务器之间对数据流量和控制流量进行路由的方 法，其中，所述服务器包括存储器，所述存储器具有一组数据缓冲区和一列命令/状态描述 符，并且其中，所述数据交换机i)通过检查包报头辨别不同类型的流量；ii)直接在所述 至少一个I/O设备和所述至少一个服务器之间对数据流量进行路由；并且iii)通过所述代 理控制器对控制流量进行路由。代理控制器读取描述符并被配置为理解描述符的格式。描述符中的大多数将具有 指向至少一个数据缓冲区和/或指向之后的命令或状态描述符的至少一个指针，虽然一些 描述符可能不包含指针(例如，对于简单“复位”命令的描述符)。因为代理控制器可以理 解描述符的格式，因此它知道哪些指针是指向数据缓冲区的指针，哪些指针是指向之后的描述符的指针。描述符和数据缓冲区在存储器中的分布是任意的。代理控制器修改其对描 述符的拷贝，使得指向描述符和数据缓冲区的指针可容易地识别，典型地通过在指针内分 配一个或多个非有效位，以指示指针是否是描述符指针。而且，可以修改指针，以使得对除 了那些被用来指示指针是指向之后的描述符的指针或者是数据缓冲区指针的非有效位之 外的一个或多个非有效位进行修改，以指示几个服务器或服务器存储器中的哪个包含原始 未修改的描述符或数据缓冲区。优选地，选择用于修改的非有效位的数量，从而与合理地可能的给定服务器数量 一样少，以便简化交换机硬件。例如，可以使用一位来辨别描述符和数据缓冲区，然后可以 使用额外的N位来识别原始的服务器，这里支持最大量的2N个服务器。以此方式，使I/O设备工作(未察觉地)在具有描述符和数据缓冲区的结构化分 布的单个统一虚拟地址空间内，而不是在数据缓冲区和描述符被任意地分散在几个服务器 存储空间内的常规(例如，PCI)物理地址空间内。在虚拟地址空间中的描述符和数据缓冲区的这个结构化布置允许数据交换机通 过代理控制器对控制流量(描述符访问)进行路由，而允许交换机直接在I/O设备和适当 的服务器之间对数据流量(发送至或来自于数据缓冲区)进行路由。换句话说，代理控制器按以下方式修改控制流量，S卩，使得交换机可以识别和分离 控制流量和数据流量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与代理控制器结合的数据交换机，所述数据交换机被配置为用于在至少一个输入／输出（Ｉ／Ｏ）设备和至少一个服务器之间路由数据流量和控制流量，所述至少一个服务器包括存储器，所述存储器具有地址空间，所述地址空间包括一组数据缓冲区和一列命令／状态描述符，其中所述数据交换机被配置成：ｉ）通过检查包报头辨别不同类型的流量；ｉｉ）在所述至少一个Ｉ／Ｏ设备和所述至少一个服务器之间直接路由数据流量；和ｉｉｉ）通过所述代理控制器路由控制流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马来克派卡斯基，
申请(专利权)人：凡特西有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]