CN101188503A - 刀片服务器和刀片系统中的链路状态检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及刀片服务器和刀片系统中的链路状态检测。提供用于检测刀片系统中的链路状态的方法和计算机程序产品。该方法和计算机程序产品提供用于在所述刀片系统的服务器刀片上生成第一字符模式；将所述第一字符模式从所述服务器刀片传送到所述刀片系统的以太网交换机；以及将第二字符模式与所述第一字符模式进行比较，以响应于所述服务器刀片从所述以太网交换机接收所述第二字符模式，确定从所述以太网交换机到网络的链路是否是有效的。

Description

刀片服务器和刀片系统中的链路状态检测

技术领域

本发明一般涉及刀片系统。更具体地说，本发明涉及刀片系统中的链路状态检测。

背景技术

刀片系统由共享非核心计算部件(例如，涉及功率、冷却、联网等的那些部件)的多个服务器刀片构成。每一个服务器刀片，也称为刀片，是只包括基本的计算部件(例如，一个或多个处理器、内存、存储器等)的计算机服务器。因此，刀片系统比标准的机架系统(racksystem)空间更多、成本更有效。

在刀片系统中，每一个服务器刀片可以通过在服务器刀片的网络接口部件(例如，网络接口卡(NIC))和刀片系统的共享以太网交换机之间的接口连接到网络。该以太网交换机建立到网络的链路。由于串扰和/或交叉耦合问题(例如，来自附近传输的不希望的干扰、在传输源上的错误检测等)，通常在服务器刀片和网络上的实体之间实施keep-alive(保持连接或保持活动)协议，以确定到网络的链路是否仍有效(active)。然而，使用“keep-alive”协议需要使用附加的媒体访问控制(MAC)地址以及额外的中央处理单元(CPU)循环。

发明内容

提供用于检测刀片系统中的链路状态的方法和计算机程序产品。该方法和计算机程序产品提供用于在所述刀片系统的服务器刀片上生成第一字符模式；将所述第一字符模式从所述服务器刀片传送到所述刀片系统的以太网交换机；以及将第二字符模式与所述第一字符模式进行比较，以响应于所述服务器刀片从所述以太网交换机接收所述第二字符模式，确定从所述以太网交换机到网络的链路是否是有效的。

还提供一种服务器刀片。该服务器刀片包括：生成器，其可操作用来生成第一字符模式；网络接口部件，其与所述生成器通信，该网络接口部件可操作用来将所述第一字符模式传送到以太网交换机并可操作用来从所述以太网交换机接收第二字符模式；以及比较器，其与所述网络接口部件通信，该比较器可操作用来将所述第二字符模式与所述第一字符模式进行比较，以响应于所述网络接口部件从所述以太网交换机接收所述第二字符模式，确定从所述以太网交换机到网络的链路是否是有效的。

还提供一种以太网交换机。该以太网交换机包括：接收器，其可操作用来从服务器刀片接收第一字符模式；状态机，其与所述接收器通信，该状态机可操作用来通过增加附加的字符到所述第一字符模式来产生第二字符模式；以及发射器，其与所述状态机通信，该发射器可操作用来发送所述第二字符模式到所述服务器刀片，以通知所述服务器刀片从所述以太网交换机到网络的链路是有效的。

附图说明

图1-2示出根据本发明的各个实施方式的用于检测刀片系统中的链路状态的方法的流程图。

图3示出根据本发明的实施方式的刀片系统。

图4示出根据本发明的实施方式的用于检测刀片系统中的链路状态的方法的流程图。

图5-6是样品刀片系统中的操作的实例。

图7示出一种数据处理系统的框图，本发明的实施方式可以用该数据处理系统来实施。

具体实施方式

本发明一般涉及刀片系统，更具体地涉及刀片系统中的链路状态检测。给出下面描述以使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明，并且，在专利申请及其要求的情况中提供下面描述。本发明不应当局限于所示出的实施方式，而应当给予本发明与本文所述的原理和特征一致的最宽的范围。

在刀片系统中，因为每一个服务器刀片仅包括诸如处理器、内存和存储器之类的基本的计算部件，所以，某些非基本的计算部件(例如，功率部件、冷却部件和联网部件)由多个服务器刀片(也称为刀片)共享。因此，刀片系统比机架系统具有更小的覆盖区(footprint)。另外，因为每一个刀片包含更少的部件，所以，服务器刀片比机架系统计算机服务器制造成本更低。

刀片系统可以包括以太网交换机，该以太网交换机使刀片系统中的每一个服务器刀片能够连接到网络，例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、内联网、外联网等。为了连接网络，服务器刀片的网络接口部件(例如，网络接口卡(NIC)或网络接口芯片)与以太网交换机连接，然后，建立到网络的链路。如果该链路变成不可工作的话，以太网交换机可以禁用与服务器刀片的网络接口部件的接口，作为以太网交换机通知服务器刀片到网络的链路不可工作的状态的方式。然而，由于在网络接口部件和以太网交换机之间的接口上可能出现串扰和/或交叉耦合，该方案是不可靠的。

当由网络接口部件所生成的信号不注意地传输到相邻的信号线时会发生串扰。交叉耦合是指网络接口部件错误地检测到计划不供用于它的信号的问题。结果，当事实上不存在链路时，而网络接口部件察觉到建立了链路并且该链路是有效的。因此，通常，即使以太网交换机已经试图禁用与以太网交换机的接口，但服务器刀片的网络接口部件仍认为与以太网交换机的接口仍然是激活的。这尤其在多个刀片物理上紧密地线连接到单个以太网交换机的刀片系统中是一个问题。该总布线结构容易导致以太网交换机错误地检测在相邻以太网交换机端口中用于未安装的刀片的链路。

即使以太网交换机能够成功地禁用与网络接口部件的接口，服务器刀片上的更高级程序(例如，操作系统)也仍然必须禁用网络接口部件并防止数据被传送通过禁用的网络接口部件。当服务器刀片具有备用的网络接口部件时，于是，更高级程序可以启用备用的网络接口部件并通过该网络接口部件发送数据。

由于禁用服务器刀片的网络接口部件和以太网交换机之间的接口对于服务器刀片检测到网络的链路的不可工作状态来说并不总是可靠的方式，所以可能必须在服务器刀片上的更高层软件(例如，操作系统器件驱动程序)和网络上的实体之间实施“keep-alive”的协议。作为一个实例，可以向该实体周期性地发出请求。如果在一定数目的再试之后在所设置的时间量内没有接收到响应，则断言到网络的链路是不可工作的，并且禁用网络接口部件接口。然而，为了协议正确地工作，必须使用附加的媒体访问控制(MAC)地址，并且需要更多的中央处理单元(CPU)循环。

在图1中示出根据本发明的实施方式的用于检测刀片系统中的链路状态的过程100。在步骤102，在刀片系统的服务器刀片上生成第一字符模式。在一个实施方式中，用来生成第一字符模式取决于所用的编码的类型。例如，如果使用8-位/10-位编码，则第一字符模式是K-字符模式。K字符例如是可以用来指示空闲或维持同步的特殊的非数据字符。有十二个K-字符：K28.0、K28.1、K28.2、K28.3、K28.4、K28.5、K28.6、K28.7、K23.7、K27.7、L29.7和K30.7。在一个实施方式中，对于服务器刀片来说，第一字符模式是唯一的。

在步骤104，第一字符模式从服务器刀片传送到刀片系统的以太网交换机。在一个实施方式中，第一字符模式从服务器刀片的网络接口部件传送到以太网交换机。在步骤106，将第二字符模式与第一字符模式进行比较，以响应于服务器刀片从以太网交换机接收第二字符模式确定从以太网交换机到网络的链路是否是有效的。通过服务器刀片的网络接口部件，可以接收第二字符模式。

在一个实施方式中，当第二字符模式是基于对第一字符模式的已知的修改时，从以太网交换机到网络的链路是有效的。已知的修改例如可以是增加附加的字符到第一字符模式。因此，基于该实例，如果第二字符模式等于第一字符模式加上附加字符，则从以太网交换机到网络的链路是有效的。

通过在物理层上在服务器刀片和以太网交换机之间传送一系列字符，链路状态检测是有可能的，而无需附加的CPU循环、MAC地址或网络配置参数。另外，当刀片系统的每一个服务器刀片使用唯一的字符模式时，避免了刀片系统中不同服务器刀片的接口之间的串扰和交叉耦合问题。通过让以太网交换机传送回修改的字符模式(该修改的字符模式是基于由服务器刀片传送的字符模式)，也消除了接口内的串扰问题。

图2示出根据本发明的实施方式的用于检测刀片系统中的链路状态的过程200。在步骤202，在刀片系统的以太网交换机上从刀片系统的服务器刀片接收第一字符模式。在一个实施方式中，第一字符模式是K-字符模式，并且对于服务器刀片来说是唯一的。在步骤204，在以太网交换机上通过增加附加字符到第一字符模式来生成第二字符模式。在一个实施方式中，附加字符是下一个连续的字符。然后，在步骤206，将第二字符模式从以太网交换机传送到服务器刀片，以通知服务器刀片从以太网交换机到网络的链路是有效的。

在图3中示出根据本发明的实施方式的刀片系统300。刀片系统300包括以太网交换机302和服务器刀片304-306。以太网交换机302包括接收器308、状态机310和发射器312。其它部件(未图示)可以包含在以太网交换机302中。服务器刀片304包括网络接口部件322-324、生成器326和比较器328。在该实施方式中，网络接口部件314-316和322-324是网络接口卡(NIC)。每一个服务器刀片可以包括更多或更少的网络接口部件。另外，其它部件(未图示)可以包含在服务器刀片304-306中。

在图3中的以太网交换机302和网络332之间已建立了链路330。服务器刀片304通过接口334与以太网交换机302通信，服务器刀片306通过接口336与以太网交换机302通信。在该实施方式中，在服务器刀片304和306中的生成器318和326分别可操作用来为相应的服务器刀片生成第一字符模式。服务器刀片304中的网络接口部件314-316和服务器刀片306中的网络接口部件322-324中的每一个都可操作用来传送第一字符模式到以太网交换机302。在该实施方式中，使用网络接口部件314和322来传送第一字符模式，并且，网络接口部件316和324充当备份。

以太网交换机302的接收器308可操作用来从服务器刀片304-306中的每一个接收第一字符模式。与接收器308通信的状态机310可操作用来通过增加附加字符到相应的第一字符模式来为服务器刀片304-306中的每一个生成第二字符模式。与状态机310通信的发射器312可操作用来将每一个服务器刀片的第二字符模式传送到相应的服务器刀片。

服务器刀片304中的网络接口部件314-316和服务器刀片306中的网络接口部件322-324中的每一个也都可操作用来从以太网交换机302接收第二字符模式。如果通过相应的网络接口部件成功地接收每一个服务器刀片的第二字符模式，则服务器刀片304和306中的比较器320和328分别可操作用来将第二字符模式与第一字符模式进行比较，以确定从以太网交换机302到网络332的链路330是否有效。

当在预定的时长内第二字符模式没有被服务器刀片304-306中的至少一个接收时，可以将没有收到记入相应的服务器刀片的寄存器(未图示)中。在一个实施方式中，为了避免不真实的检测，在服务器刀片的操作系统被中断并被通知链路330不能工作之前，需要三次连续的失败。然后，可以禁用相应的主网络接口部件，并且可以激活备用的网络接口部件。

图4示出根据本发明的实施方式的用于检测刀片系统中的链路状态的过程400。在步骤402，在刀片系统的服务器刀片上生成第一字符模式。然后，在步骤404，将第一字符模式从服务器刀片传送到刀片系统的以太网交换机。在步骤406确定第二字符模式是否被服务器刀片从以太网交换机接收到。

如果尚未接收到第二字符模式，则在步骤408确定是否已经经过三个连续的预定的时长。当在三个连续的预定的时长内第二字符模式没有被服务器刀片接收到时，在步骤410检测到从以太网交换机到网络的链路的不可工作状态。在步骤412，向服务器刀片的操作系统通知该链路的不可工作状态。作为响应，操作系统可以禁用服务器刀片和以太网交换机之间的接口。

另一方面，如果接收到第二字符模式，则在步骤416确定第二字符模式是否等于第一字符模式加上附加字符。当第二字符模式不等于第一字符模式加上附加字符，该过程返回到步骤408。然而，当第二字符模式等于第一字符模式加上附加字符时，在步骤418检测到从以太网交换机到网络的链路的有效状态(active status)。

在建立于所有的以太网数据传输中的帧间间隙期间，可以在以太网交换机和刀片系统的服务器刀片之间进行字符模式的传输。另外，当存在来自多个刀片的多个接口时，可以随机地传输各字符模式。随机的模式和随机的时长有助于避免串扰，串扰可以在服务器刀片上错误地指示链路是好的，因为当前的空闲模式是十分可预测的。

由于通过重复传送单个空闲字符序列可以维持接口，所以，甚至交叉耦合最小量的信号能量也足以维持接口活动性。因此，由于所有的服务器刀片都试图检测空闲字符，非常容易将单个重复字符与相邻的接口交叉耦合。

在图5-6中示出在样品刀片系统500和600中的操作的实例。刀片系统500和600分别均包括三个刀片502-506和602-606，并且分别均包括以太网交换机508和608。为了简单起见，在刀片502-506和602-606以及以太网交换机508和608中没有示出部件。如图5-6所示，每一个刀片与各自的刀片系统的以太网交换机连接。

在图5中，刀片502-506中的每一个将唯一的第一字符模式传送到以太网交换机508，并且从以太网交换机508接收回相应的唯一的第二字符模式。例如，刀片502传送模式-K28.0、K28.1、K28.2、K28.3以及接收回模式-K28.0、K28.1、K28.2、K28.3、K28.4，而刀片504传送模式K23.7、K27.7、K29.7、K30.7以及接收回模式K23.7、K27.7、K29.7、K30.7和K28.0。这些模式不必一定包括相同数目的字符。因此，向每一个刀片通知从以太网交换机508到网络(未图示)的链路(未图示)的有效状态。然而，在图6的实例中，在刀片602的接口和刀片604的接口之间出现了交叉耦合。结果，刀片604没有从以太网交换机608接收到正确的第二字符模式。

为了进一步防止交叉耦合的问题，在一个实施方式中，一旦禁用服务器刀片和以太网交换机之间的接口，则在重新建立该接口之前，必须完成完整的自动协商序列。自动协商是在两个以太网端点之间传送和接收消息，以检测通信伙伴的存在、建立发射电平和以太网传输速度的冗长过程。

尽管上述讨论涉及在网络接口部件的接收侧上的交叉耦合，但是可以存在这种情况：其中，来自两个不同网络接口部件的发射信号被耦合。例如，在布线极差的时候，即使这种类型的交叉耦合非常不可能，并且服务器刀片随机地发送模式，这种交叉耦合也可以通过在以太网交换机上增加定时器电路以将传输窗设置到限制值来得以克服。因此，如果两种模式在特定时间内被以太网交换机接收，则以太网交换机知道存在传输信号的交叉耦合。然后，以太网交换机可以不响应第二字符模式。

本发明可以采用全部硬件实施方式、全部软件实施方式或者既包括硬件成分又包括软件成分的实施方式的形式。在一个方面中，本发明在软件中实施，该软件包括，但不限于，固件、驻留软件、微码等。

此外，本发明可以采取从通过或结合计算机或任何指令执行系统提供使用的程序代码的计算机可用介质或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式。为了描述起见，计算机可用介质或计算机可读介质可以是任何设备，该设备通过或结合指令执行系统、设备或装置来容纳、存储、通信、传播或传输使用的程序。

该介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)或传播介质。计算机可读介质的例子包括半导体或固态内存、磁带、可拆卸的计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。当前的光盘的例子包括DVD、压缩盘-只读存储器(CD-ROM)和压缩盘-读/写(CD-R/W)。

图7示出适用于存储和/或执行程序代码的数据处理系统700。数据处理系统700包括通过系统总线706与存储元件704a-b耦合的处理器702。在其它实施方式中，数据处理系统700可以包括一个以上的处理器，并且，每一个处理器可以通过系统总线与一个或多个存储元件直接或间接耦合。

存储元件704a-b可以包括在程序代码的实际执行的过程中所使用的本地存储器、大容量存储器、以及缓存，该缓存提供至少一些程序代码的临时存储，以减少在执行的过程中必须从大容量存储器检索代码的次数。如图所示，输入/输出或I/O 708a-b(包括，但不限于，键盘、显示器、定点设备等)与数据处理系统700耦合。I/O设备708a-b可以通过中间I/O控制器(未图示)与数据处理系统700直接或间接耦合。

在该实施方式中，网络适配器710与数据处理系统700耦合，以使数据处理系统700能够通过通信链路712与其它数据处理系统或远程打印机或存储器件耦合。通信链路712可以是专用网络或公用网络。调制解调器、线缆调制解调器和以太网卡仅仅是目前可用类型的网络适配器中的几种。

通过在物理层级上具有“keep-alive”协议，需要较少的CPU利用率，并且，附加的MAC地址并不是必要的。另外，由于每一个服务器刀片具有唯一的字符模式，所以可以容易地检测到信号交叉耦合。在以太网交换机上生成修改的模式的情况下，也消除了在服务器刀片上串扰错误检测的后果。由于本发明可以在以太网标准中实施，所以，对以太网操作没有破坏性。

虽然描述了检测刀片系统中的链路状态的各个实施方式，但是本发明的技术范围并不局限于此。本领域的技术人员应该理解，可以对上述实施方式增加各种修改或改进。根据随附权利要求，显而易见的是，这种修改或改进的实施方式落入在本发明的技术范围内。

Claims (14)

1.一种服务器刀片，包括：

生成器，其可操作用来生成第一字符模式；

网络接口部件，其与所述生成器通信，该网络接口部件可操作用来将所述第一字符模式传输到以太网交换机并可操作用来从所述以太网交换机接收第二字符模式；以及

比较器，其与所述网络接口部件通信，该比较器可操作用来将所述第二字符模式与所述第一字符模式进行比较，以响应于所述网络接口部件从所述以太网交换机接收所述第二字符模式，确定从所述以太网交换机到网络的链路是否是有效的。

2.根据权利要求1所述的服务器刀片，其中，当所述第二字符模式等于所述第一字符模式加上附加字符时，该链路是有效的。

3.根据权利要求1所述的服务器刀片，其中，所述第一字符模式是非数据K-字符模式。

4.根据权利要求1所述的服务器刀片，其中，所述第一字符模式对所述服务器刀片来说是唯一的。

5.根据权利要求1所述的服务器刀片，其中，所述网络接口部件还可操作用来响应于在三个连续的预定时长内从所述以太网交换机没有接收到所述第二字符模式，通知所述服务器刀片的操作系统所述链路是不可工作的。

6.一种以太网交换机，包括：

接收器，其可操作用来从服务器刀片接收第一字符模式；

状态机，其与所述接收器通信，该状态机可操作用来通过增加附加的字符到所述第一字符模式来产生第二字符模式；以及

发射器，其与所述状态机通信，该发射器可操作用来将所述第二字符模式传送到所述服务器刀片，以通知所述服务器刀片从所述以太网交换机到网络的链路是有效的。

7.根据权利要求6所述的以太网交换机，其中，所述第一字符模式是非数据K-字符模式。

8.根据权利要求6所述的以太网交换机，其中，所述第一字符模式对所述服务器刀片来说是唯一的。

9.根据权利要求6所述的以太网交换机，其中，所述附加字符是所述第一字符模式的下一个连续的字符。

10.一种用于检测刀片系统中的链路状态的方法，该方法包括：

在所述刀片系统的服务器刀片上生成第一字符模式；

将所述第一字符模式从所述服务器刀片传送到所述刀片系统的以太网交换机；以及

将第二字符模式与所述第一字符模式进行比较，以响应于所述服务器刀片从所述以太网交换机接收所述第二字符模式，确定从所述以太网交换机到网络的链路是否是有效的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，当所述第二字符模式等于所述第一字符模式加上附加字符时，该链路是有效的。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一字符模式是非数据K-字符模式。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一字符模式对所述服务器刀片来说是唯一的。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

响应于在三个连续的预定时长内从所述以太网交换机没有接收到所述第二字符模式，向所述服务器刀片的操作系统通知所述链路是不可工作的。

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