在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,要實(shí)現(xiàn)跨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作,數(shù)據(jù)需要先經(jīng)過本地網(wǎng)卡、遠(yuǎn)程網(wǎng)卡、遠(yuǎn)程內(nèi)存才能到達(dá)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)設(shè)備。這一過程通常還需要遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的參與才能完成。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展,存儲(chǔ)設(shè)備的訪問延遲大幅下降。為了進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸延遲,充分發(fā)揮存儲(chǔ)設(shè)備的性能優(yōu)勢,本文設(shè)計(jì)了面向網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)的融合I/O設(shè)備模型UIO,通過讓多個(gè)功能模塊共享存儲(chǔ)設(shè)備中的內(nèi)存和數(shù)據(jù)通路,以簡化跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的傳輸通路優(yōu)化。并加入輔助計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理操作,通過與可編程硬件的結(jié)合,可以讓用戶定制輔助計(jì)算模塊,提高UIO設(shè)備的處理效率,擴(kuò)展應(yīng)用場景。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)的UIO設(shè)備模擬器,使用4 kB長度value的情況下,與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通路對比,遠(yuǎn)程put延遲可以降低31%,遠(yuǎn)程get延遲減少20%。綜合指令延遲和指令使用頻率對整體操作延遲進(jìn)行分析,UIO設(shè)備在目標(biāo)場景中預(yù)期可以達(dá)到比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通路更低的延遲。

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【部分圖文】：

圖1UIO設(shè)備在系統(tǒng)中的位置

如圖1所示,UIO設(shè)備是插于PCIe卡槽的I/O設(shè)備,同時(shí)具有存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能,為了提供一定的數(shù)據(jù)處理能力,UIO設(shè)備還具有輔助計(jì)算功能。與SSD和網(wǎng)卡一樣,UIO設(shè)備需要系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)程序支持,由驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與設(shè)備的通信。如圖2所示,UIO設(shè)備中具有指令隊(duì)列、指令處理、D....

圖4UIO設(shè)備多機(jī)模型

如圖4所示,把多個(gè)設(shè)備映射到一個(gè)全局空間中。用戶通過本地設(shè)備的接口就可以透明地操作全局空間,而不必感知到其他設(shè)備的存在。當(dāng)系統(tǒng)中增加設(shè)備時(shí),用戶看到的是全局空間的擴(kuò)展。GME控制數(shù)據(jù)的分布,并根據(jù)數(shù)據(jù)的分布規(guī)則把數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的設(shè)備。如果是本地的數(shù)據(jù)就交給UTL模塊處理,由UTL....

圖5順序分布

如圖5所示,順序分布把key分為多個(gè)范圍,不同范圍的數(shù)據(jù)組成不同的子表,Root表記錄每個(gè)子表存儲(chǔ)在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)中。在UIO設(shè)備中,可以由GME記錄每個(gè)子表的數(shù)據(jù)范圍和節(jié)點(diǎn)信息,在查找范圍時(shí)由GME把大的范圍轉(zhuǎn)換為對多個(gè)子表的查詢,UTL則負(fù)責(zé)一個(gè)子表,根據(jù)查詢返回結(jié)果。2.3.2....

圖6UIO設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

如圖6所示,UIO設(shè)備模擬器的結(jié)構(gòu)依照UIO設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)。由指令隊(duì)列和控制寄存器共同組成設(shè)備接口。其中指令隊(duì)列分為AdminQueue和I/OQueue,每種Queue又由SQ和CQ組成。除了指令隊(duì)列,主機(jī)還需要一些寄存器為設(shè)備進(jìn)行初始化以及保持狀態(tài)信息。在實(shí)際UIO....

本文編號：3926910