随着企业级存储系统中对各种存储设备中数据的需求越来越大,用户有必要使用端到端的数据转换协议,如通过PCI Express(PCIe)确保高质量高带宽传输。PCIe G3规格支持每道8G/s的数据传输带宽,因此可以让主服务器在存储设备和系统缓存之间进行高速数据传输。

对速度的需求

从架构而言,存储平台由四个设计组件组成:CPU,缓存,存储和主机界面。随着数据域虚拟化需求的提高,对存储系统的传输速度也有多重要求。现在CPU由多核组成,可以每两到三年就令其性能翻倍。存储和缓存子系统在增加带宽(用于HDD的SAS/SATA 3.0,基于闪存的SSD和用于缓存的DDR3)。现在的问题在于如何通过SAS/SATA,PCIe,USB3.0和UFS等优化主机界面提高其性能,灵活性和可靠性。

带宽时存储平台的关键需求,因为查询的数量,SSD设备和存储设备的传输量都在增长。PCIe通过增加频率(PCIe G3)和使用多通道(x1, x2, x4, x8, x16, 或x32)的方式。原始数据带宽已经从PCIe G1中的250Mbps增长为PCIe G3的1G/s.此外, G3中的数据连接完整性和均衡性将促进PCIe的推广,且在性能改善的同时,成本和能耗会显著减少。在初始化期间,PCIe连接在不涉及固件或操作系统的情况下得到提升。

因此,Gen3 x4 链接的容量比SATA/SAS 3.0的600MB/s要大。所以PCIe G3带宽可以支持多个ONFI 3.0 ,快速闪存的10个通道可超过500MB/S.同样,PCIe G3可以保持更高的数据传输速率,而即便SAS/SATA容量用完,存储平台的主机命令也有剩余空间可用。

虚拟化的作用

虚拟化可以启用高级资源共享改善存储平台的灵活性和性能。虚拟化可以实现单一存储系统上的多系统映射(SIs)。所以,单个的物理I/O设备可作为多虚拟设备使用,还可以单独服务多系统映射。

可使用纯软件方法解决虚拟化问题。在这个案例中,一个虚拟化的中介被用作虚拟化。虚拟化中介仅对从系统映射到硬件的连接负责。这一方案无法扩展,虚拟化的中介也成为性能瓶颈。

PCIe I/O虚拟化(IOV)为虚拟化添加硬件支持解决了这一问题。丰富的PCIe虚拟化特性减少了虚拟中介软件的开销,使其为其在一个合理的范围。这种PCIe设备中IOV的硬件加速导致延时的锐减,而且较纯软件的虚拟化方案而言,传输量也获得改善。

本地虚拟化与基于虚拟中介的IOV相比,传输量翻了一番。PCIe将虚拟化藏于存储系统之外,使其察觉不到自己正被共享。同样,PCIe具有向后兼容性(Gen1/2和PCI);这意味着如果一个支持IOV的设备被插入不能识别IOV的软件/固件时,该设备会被视为基础PCIe设备,仍能发挥作用。而且,PCIe为不同的系统拓扑结构都提供了IOV,例如,单root和多root(刀片系统)。有了这些性能后,就有机会让存储系统利用PCIe IOV了。

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PCIe 扩展应用至存储

PCIe同样提供协议扩展至本地协议。这些扩展具有可选性但却为专有应用添加了有用的特性。下面是可应用于存储的一些性能:

1. 多点播放可向多个接收器播放单一数据组或是命令。这在把数据传输到RAID或镜像存储。

2. ARI(Alternative Routing-ID Interpretation)允许IOV,这样就指出256个函数(物理或虚拟)。

3. 可调整大小的基础地址注册器(BAR)可根据系统限制选择BAR光圈大小。这就便于为不同的缓存需求创建适配器,从高端服务器到普通工作用不等。

4. TLP进程示意通过托管缓存和系统缓存优化了PCIe数据包进程。

5. DBFF为改进的平台能耗管理同步了DMA操作。

PCIe G3为不同数据类型提供支持,如服务质量,能耗管理,数据完整性和错误处理。PCIe G4工作已经开展;与G3相比起带宽又会翻一番,但是能耗却不变。除了增加PCIe4的传输速度外还会减少延时和增加标准细则,如转发错误纠正,更深层次的管道铺设,错误报告和控制。这些都是PCIe将获得性能提高支持存储平台的佐证。

简而言之,带有PCIe G3托管界面的存储平台实现了性能大化。使用I/O虚拟化和协议扩展的PCIe G3方案解决了不断增长的带宽,性能和灵活性的需求。至于芯片系统的部署,可配置闪存和PCIe G3控制器IP将极大推进PCIe G3的推广。

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