[发明专利]用于管理I/O的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及主计算机与输入/输出(I/O)适配器之间的通信协议。 更具体地，本发明针对的是一种系统和方法，其用于在没有来自本地操作 系统(OS)(或在虚拟系统中，本地管理体(hypervisor))的运行时参 与的情况下，使得用户空间中间件或应用能够将基于文件名的存储请求直 接传递至物理I/O适配器。

背景技术

根据现有的技术情况，操作系统不允许诸如数据库的用户空间中间件 或应用直接访问通过操作系统的本地文件系统的文件模式I/O接口所标识 的永久性存储器。因此，用户空间中间件必须在每次进行I/O操作时调用 操作系统(OS)调用并引发多次任务切换。当中间件或应用将存储请求传 送给OS时导致第一任务切换。在OS完成处理中间件或应用存储请求并 将存储请求传递至存储适配器之后，当OS将控制传递回给用户空间中间 件或应用时，发生第二任务切换。

当存储适配器完成关联的I/O存储操作并中断正在由应用进行的处理 以便OS可以处理存储适配器的完成时，发生第三任务切换。当OS结束 处理存储适配器的完成并将控制返回给向OS传送存储请求的中间件或应 用时，发生最后的任务切换。除了这些任务切换之外，存储适配器通常还 具有单个请求队列来处理来自操作系统的工作。

上述四次任务切换可被视为浪费的处理器周期，因为对于正在切换的 线程的所有工作均会停止，直到任务切换完成。在某些服务器中，用户空 间中间件或应用程序所进行的存储操作数可能相当大。现代的高端服务器 每秒可以有数百万次这些操作，这导致每秒数百万次的任务切换。

发明内容

鉴于上述内容，获得一种这样的方法、系统和具有计算机可读指令的 计算机程序产品会是有利的，即其用于处理输入/输出(I/O)存储请求， 其中，对此类任务切换进行了最小化。此外，获得一种改进的方法、系统 和计算机指令会是有利的，即其在没有来自本地操作系统(OS)(或在虚 拟系统中，本地管理体)的运行时参与的情况下使得用户空间中间件或应 用能够将基于文件名的I/O存储请求直接传递至物理I/O适配器。将该机 制应用于InfiniBand、TCP/IP卸载引擎、启用RDMA(远程直接存储器 访问)的NIC(网络接口控制器)、iSCSI适配器、iSER(用于RDMA 的iSCSI扩展)适配器、并行SCSI适配器、光纤通道适配器、串行附加 SCSI适配器、ATA适配器、串行ATA适配器以及任何其它类型的存储适 配器也会是有利的。

进一步地，获得一种改进的方法、系统和计算机指令会是有利的，即 其使得保护机制能够确保从应用实例直接发送至物理I/O适配器的基于文 件名的存储请求仅被完成到先前已经为了随该应用实例的用户空间外I/O 而分配的存储设备部分。此外，获得一种这样的方法、系统和计算机指令 会是有利的，即其使得能够创建、修改、查询和删除用于促进应用实例与 物理I/O适配器之间基于文件名的直接I/O操作的数据结构条目。另外， 获得一种这样的方法、系统和计算机指令会是有利的，即其用于处理用户 空间操作以便进行存储设备资源管理和直接I/O操作数据结构管理。最后， 获得一种这样的方法、系统和计算机指令会是有利的，即其使用运行在主 机系统上的操作系统的文件系统来实现以上目的。

本发明提供了一种方法、计算机程序产品和数据处理系统，其使得用 户空间中间件或应用能够在没有来自本地操作系统(OS)(或在虚拟系统 中，本地管理体)的运行时参与的情况下，使用运行在主机系统上的操作 系统的文件系统将基于文件名的存储请求直接传送至物理I/O适配器。本 发明中所描述的机制应用于InfiniBand主机通道适配器、TCP/IP卸载引 擎、启用RDMA(远程直接存储器访问)的NIC(网络接口控制器)、iSCSI 适配器、iSER(用于RDMA的iSCSI扩展)适配器、并行SCSI适配器、 光纤通道适配器、串行附加SCSI适配器、ATA适配器、串行ATA适配 器以及任何其它类型的存储适配器。