[发明专利]利用分段队列远程存储访问的低延迟装置互联

说明书

优先权声明

本申请要求于2013年6月13日提交的US61/834，615的优先权，通过引用全部并入本文。

技术领域

本说明书一般涉及计算装置之间的通信，并且更具体地，涉及利用远程存储访问的数据通信。

背景技术

社交越来越多依赖计算装置以及网络来交互和处理业务。为了达到在关键系统中要求的高水平可用性，应该降低由软件和硬件缺陷导致的意外停机时间。

数个现代应用程序需要分布式、协作系统，其中计算装置能够迅速互相通信，通常被称为集群计算、网格计算或高性能计算。配置典型地由数个松散耦合(loosely-coupled)或紧密耦合(tightly-coupled)的计算装置构成，其以格外高的吞吐量和/或低延迟交换数据，来协作执行任务，其是被分配到多个集群中的被分为工作的更小的、通常并行的单元。这些应用程序一般呈现下列特征：(1)复杂高速、低延迟数据处理；(2)可靠地、高容量、低延迟数据交换；以及(3)高水平可用性，即在大体不间断基础上提供终端用户服务的能力。然而，当被实现时，既然由于他们在系统行为上的矛盾影响，现有的应用程序趋于在这些性能要求之间权衡，典型设计趋向具有同时满足所有三个特征的困境，如以下更细节的概述。

金融服务工业是需要高可用性的系统工业的一个示例。其他工业包括库存管理(订单处理)系统、在线游戏、以及诸如用于气象预测的仿真模拟。的确，大量数据处理行为由使用可靠的高速集群通信的计算系统支持。

复杂高速、低延迟数据处理指的是，及时地，执行大量计算、数据库检索/更新等的能力，以及可靠地在尽可能短的时间间隔内产生结果的能力。这个可以通过并行处理被实现，其中，工作的多个单元同时在相同的物理机器或在利用高速通信链路的分布式集群上执行。在一些系统中，每个交互的结果依赖先前完成交互的结果。因此，消息被传送和接收的命令应该被保持。利用多链路连接计算装置的并行部分，大体上来说，是不确定的。例如，不确定性可以由竞争条件、操作系统的任务调度或变化的网络延迟造成。例如，跨每个链路传送消息的时间，至少部分由于延迟问题，未必是完全一致的。

可靠地、高容量、低延迟数据交换指的是遵守确保消息有序传递的要求、在网络集群中协作的计算装置之间移动数据的能力。TCP/IP通常用于这个目的。这是广泛使用的网络协议，提供有序传递的保证，并且利用最近的技术优势，在更高网络时钟频率中变得可用，导致低延迟传输能力。然而，TCP/IP是复杂精密的协议，其设计用于互联网和广域公共网络应用程序，并且照这样，具有相当多数量的网络路由、拥塞避免、带宽优化等特性，需要附加的处理开销——使其对于要求专用低延迟链路的应用程序而言，是不太合适的选择。

高可用系统企图保证所给计算系统的可用百分比尽可能接近100％的预期时间。这样的可用性可以通过冗余的软件和/或硬件来实现，其接管功能性以防组件故障被检测。为了顺利完成，故障转移需要使用可以保证所复制数据消息的序列化传递的可靠的通信链路复制每个计算装置上的数据。如本领域技术人员将领会，状态复制在不确定系统中可以是尤其具有挑战性的。此外，为了满足高速和高可靠性的期望，必须尽可能可靠地执行状态复制，并且结果必须以某种方式保证。TCP/IP也通常用于这个目的，但由于与其精密网络特性相关的大量处理导致的更高延迟，它的性能是次优的。低延迟数据链路技术趋向提供更适合他们主要预期应用程序的更小组的特性，来专用点对点连接。低延迟数据链路技术的示例是超传输技术(Hypertransport)、QPI、NUMA链路，无线宽带技术(Infiniband)、高速IO以及PCI传输(PCIe)。不同低延迟数据链路技术在灵活性和可扩展性以及延迟和通信开销之间权衡的设计中变化。诸如超传输技术(Hypertransport)和QPI的一些低延迟数据链路技术，并不支持计算装置互联，并且仅被设计用于通用电路板上的处理器互联。关于设计用于装置互联的数据链路技术，其中一些具有牺牲的最低可能延迟来提供更好的可扩展性和网络特性，以及其中一些要求昂贵的专有硬件实现。越来越多的现代应用程序要求大量计算装置之间的高可用性和低延迟装置互联，但不要求精密网络能力。然而，对于这些要有效执行的应用程序，他们确实需要装置互联来提供消息交换的最低可能延迟，以及来在性价比基础上达到这个最低可能延迟。为了达到最低可能延迟，装置互联需要放弃不被集群应用程序要求的特性，并且需要最小化实现数据传输必要的处理步骤的数量。