[发明专利]一种PCIe SSD多虚拟功能设备的带宽协同控制装置及方法

说明书

本发明公开一种PCIe SSD多虚拟功能设备的带宽协同控制装置及方法，增加了SSD流量检测与控制单元，该模块可以利用总线上数据传输信息计算出各个控制器的带宽，根据流量控制寄存器中设定的带宽比例，实现限速甄别和信号发送；增加了中断控制单元，用于将流量控制模块发出的限速信号转换成中断，发送到cpu核。通过本专利的方法，硬件模块精确计算各个控制器的带宽，与cpu固件一起，实现了虚拟设备的带宽约束功能，具有支持数据流控占比可调、功能灵活的特点，有效分担了服务器主机的计算压力，为服务器运行更多用户服务提供可能性。

技术领域

本发明涉及存储领域，具体是一种PCIe SSD多虚拟功能设备的带宽协同控制装置及方法。

背景技术

随着云计算业务的深入发展，服务器主机对SSD提出了新的要求，特别是多虚拟功能设备(virtual function, VF)的PCIe SSD成为发展趋势。常见的企业级SSD支持的规格数为16VFs、32VFs，支持多命名空间功能。一个VF可提供相对独立的PCIe设备空间，支持挂载到不同的虚拟机上并识别成一个nvme设备，提供上层客户应用。在服务器应用过程中，为了保证不同客户对SSD的访问负载均衡及不同虚拟设备间的流量平衡，常在服务器端进行流量控制，这在一定程度上耗费了CPU运算性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种PCIe SSD多虚拟功能设备的带宽协同控制装置及方法，在SSD控制器中通过监控内部总线上不同虚拟设备收发数据流的占比，通过硬软件配合，达到控制数据流的效果，具有支持数据流控占比可调、功能灵活的特点，有效降低了服务器主机的计算压力，为服务支持更多用户服务提供可能性。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种PCIe SSD多虚拟功能设备的带宽协同控制装置，其特征在于：本装置设置于SSD主控芯片内部，包括流量检测与控制单元、中断控制单元和寄存器；

流量检测与控制单元连接于nvme控制器与PCIe接口模块之间，流量检测与控制单元计算各个nvme控制器发出的数据包包含的数据量，再根据采样时间计算出每个控制器所占用的带宽，并根据当前建立链路的速率计算出每个控制器所占的带宽比例，当某控制器所占带宽比例达到其设定比例的a时，发送中断请求；

中断控制单元与流量检测与控制单元相连，用于生成中断信号，当流量检测与控制单元发起中断请求时，由中断控制单元生成中断信号，同时在中断标识寄存器中标识出相应位，用于固件读取；

寄存器包括一组流量控制寄存器和一个流量状态寄存器，流量控制器寄存器的数量根据SSD支持的功能设备个数确定，用于设置每个控制器的流量比例，流量状态寄存器用于标识发生流量限制的控制器；

中断控制单元生成的中断信号发送至SSD主控芯片内部的CPU核，CPU核收到中断信号后，内部固件暂时限制对应的nvme控制器抢占DMA请求，从而限制对应nvme控制器的数据传输量，当统计的流量比例低于b时，清除对应标识位，取消对nvme控制器的流量限制。

进一步的，nvme控制器发出的数据包包含控制器号、数据量在内的读写标志信息，流量检测与控制单元基于上述读写标志信息计算各个nvme控制器发出的数据包包含的数据量。

进一步的，a=99%，b=97%。

进一步的，流量状态寄存器的每个bit表示一个控制器。

本发明还公开了一种PCIe SSD多虚拟功能设备的带宽协同控制方法，包括以下步骤：

S01）、SSD固件通过寄存器配置各个nvme控制器的流量比例；

S02）、SSD正常读写的过程中，流量检测与控制单元自动进入进行状态，计算各个nvme控制器发出的数据包包含的数据量，再根据采样时间计算出每个控制器所占用的带宽，并根据当前建立链路的速率计算出每个控制器所占的带宽比例，当监控到某个控制器的带宽比例到达a时，标注流量状态寄存器，并向中断控制单元发起信号；