[发明专利]用以支持虚拟化环境中的SSD设备驱动器与物理SSD之间的SQ/CQ对通信的快速传输的共享存储器机制

说明书

描述了一种装置。所述装置包括加速器，所述加速器耦合到所述加速器与虚拟化环境共享的存储器区域，虚拟化环境包括来宾OS、来宾VM和SSD设备驱动器。所述加速器用以将由SSD设备驱动器在共享存储器中做出的提交队列门铃设置转发到SSD控制器中的对应提交队列门铃。

技术领域

发明领域总体上涉及计算科学，并且更具体地涉及用以支持虚拟化环境中的SSD设备驱动器与物理SSD之间的SQ/CQ对通信的快速传输的共享存储器机制。

背景技术

高性能计算环境（诸如，活动地板数据中心（raised floor data center））通常需要高性能非易失性大容量存储设备。最近已经出现了由闪速存储器设备组成的固态驱动器（SSD），以提供比硬盘驱动器更快的时延。在传统上，SSD已经通过外围组件接口扩展（PCIe）链路而耦合到计算硬件平台。

最近已经出现了快速非易失性存储器（NVMe），以改进PCIe连接的SSD的吞吐能力。具体地，NVMe扩展了可以将命令馈送到SSD的I/O队列的数量，并且扩展了每个这种队列的大小（当前NVMe规范描述了一种SSD，该SSD支持64K个 I/O队列，其中每个队列能够对多达64K个命令进行排队）。不幸的是，特别是在虚拟化环境中，NVMe吞吐量改进的全部益处无法在对应改进的SSD性能中实现。

图1a、1b和1c示出了在“半虚拟化”环境中的三种常见NVMe实现方式。如将立即解释的那样，为了使应用110或来宾OS 108从/向SSD 103进行读取/写入，无数复杂的软件间通信必须发生。与从NVMe SSD应当实现的性能相比，每个布置的纯粹复杂性导致了总体降低的SSD 103性能。

图1a描绘了被称为标称/标准virtio处理的第一方法。在这里，示出了典型的虚拟化环境，其中主机计算机硬件平台102（例如，高性能服务器）包括所附接或集成的SSD 103。主机操作系统（主机OS）101（例如，Linux）在主机计算机102上执行，并且用于与SSD 103通信的NVMe兼容的设备驱动器101被集成到主机OS 101中。

也被称为“管理程序”的虚拟机监视器106（VMM）（例如，快速仿真器（QEMU）、由VMWare公司提供的VMM等）在主机OS 101上执行。如本领域中已知的，VMM 106是支持多个虚拟机（VM）的执行的应用软件程序。为了便于绘制，图1a仅示出了一个VM 107。如图1a中观察到的，VM 107能够支持整个来宾操作系统（来宾OS）108（例如Linux、Windows、FreeBSD等）、以及在来宾OS上运行的任何应用（为了便于绘制，图1a仅示出了一个这种应用110）。

当实际上VMM 107正在将主机硬件计算机102的实际资源分配给正在VMM 107上执行的多个VM时，VM 107向来宾OS 108呈现完整计算平台的映像，以使得来宾OS 108“认为”它正在其自己的专用硬件上运行。以这种方式，可以在单个主机硬件计算机102上实例化多个隔离的计算环境（每个VM一个这种环境）。

图1a的特定半虚拟化方法使用virtio布置109、111来处理来宾应用110和/或来宾OS 108与SSD设备驱动器104之间的读取/写入命令。如图1a中观察到的，virtio布置包括：集成在来宾OS 108中的virtio前端（FE）驱动器109、以及集成在VMM 106中的virtio后端（BE）驱动器111。FE和BE virtio驱动器通过共享存储器（针对这两个驱动器109、111分配了主机计算机102的主存储器以便向其/从其进行写入/读取）来管理来宾应用110和/或来宾OS 108与VMM 107之间的数据流以及SSD命令队列，该共享存储器加快了来宾与VMM层之间的通信。后端virtio 111将命令传送到SSD设备驱动器104。然而，后端virtio 111遭受低效执行的影响（例如，VMM 107没有为其分配足够的CPU和/或存储器资源），从而导致如下结论：难以向SSD驱动器104和/或硬件103提供具有接近SSD容量的供应负载，和/或从来宾层110/108的角度来看导致了令人失望的时延。