在現(xiàn)有計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,要實現(xiàn)跨節(jié)點的數(shù)據(jù)存儲操作,數(shù)據(jù)需要先經(jīng)過本地網(wǎng)卡、遠程網(wǎng)卡、遠程內(nèi)存才能到達遠程存儲設(shè)備。這一過程通常還需要遠程節(jié)點操作系統(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,存儲設(shè)備的訪問延遲大幅下降。為了進一步降低節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸延遲,充分發(fā)揮存儲設(shè)備的性能優(yōu)勢,本文設(shè)計了面向網(wǎng)絡(luò)與存儲的融合I/O設(shè)備模型UIO,通過讓多個功能模塊共享存儲設(shè)備中的內(nèi)存和數(shù)據(jù)通路,以簡化跨節(jié)點數(shù)據(jù)存儲的傳輸通路優(yōu)化。并加入輔助計算功能實現(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算模塊,提高UIO設(shè)備的處理效率,擴展應(yīng)用場景。設(shè)計并實現(xiàn)了面向key-value存儲系統(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,遠程put延遲可以降低31%,遠程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行分析,UIO設(shè)備在目標場景中預(yù)期可以達到比傳統(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,同時具有存儲設(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)動程序支持,由驅(qū)動程序負責(zé)與設(shè)備的通信。如圖2所示,UIO設(shè)備中具有指令隊列、指令處理、D....

圖4UIO設(shè)備多機模型

如圖4所示,把多個設(shè)備映射到一個全局空間中。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,用戶看到的是全局空間的擴展。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分為多個范圍,不同范圍的數(shù)據(jù)組成不同的子表,Root表記錄每個子表存儲在哪個節(jié)點中。在UIO設(shè)備中,可以由GME記錄每個子表的數(shù)據(jù)范圍和節(jié)點信息,在查找范圍時由GME把大的范圍轉(zhuǎn)換為對多個子表的查詢,UTL則負責(zé)一個子表,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。由指令隊列和控制寄存器共同組成設(shè)備接口。其中指令隊列分為AdminQueue和I/OQueue,每種Queue又由SQ和CQ組成。除了指令隊列,主機還需要一些寄存器為設(shè)備進行初始化以及保持狀態(tài)信息。在實際UIO....

本文編號：3926910