CN102473157B - 共享i/o环境中的虚拟热插入功能 - Google Patents

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Abstract

一种用于虚拟地热插和虚拟地热去除共享I/O环境中的功能的刀片服务器系统和方法。管理节点在计算节点不知道热插入和热去除的情况下物理地热插入和热去除服务器系统中的I/O节点。管理节点和计算节点创建并去除计算节点与虚拟功能之间的虚拟链路。

Description

共享I/O环境中的虚拟热插入功能
背景技术
刀片服务器是被设计为用于高密度的独立的包括一切的计算机服务器。为了空间、电源和其它考虑，刀片服务器的许多组件被去除，同时仍具有被视为计算机的所有功能组件（即，存储器、处理器、储存器）。
刀片服务器被容纳在刀片外壳中。该外壳能够保持多个刀片服务器并执行在大多数计算机中遇到的许多非核心服务（即，电源、冷却、I/O、联网）。通过将这些服务定位于一个位置中并在刀片服务器之间共享它们，总体的组件利用更加高效。
在非共享I/O环境中，在计算节点上的主机计算机与I/O节点之间存在直接物理链路。I/O节点的功能通常被分配给单个主机。因此，当I/O节点被插入服务器系统中时，主机中的一个可以请求其功能且用于服务器外壳的管理模块将该I/O节点的功能分配给请求主机。在其它实施例中，通过外壳制造商指定的刀片和I/O节点槽映射来隐含地实现I/O功能的分配。
这些类型的外壳不是非常高效的，因为在当前使用I/O功能的主机放弃控制之前其它主机不能利用I/O节点功能。另外，在特定I/O节点上可能存在未被分配的主机使用但可能被系统中的其它主机使用的功能。
共享I/O环境中的功能的虚拟化使得能够跨越许多主机共享I/O节点的功能。一旦将功能分配给主机，则主机认为其拥有了该I/O功能。然而，从主机的分配的功能去除和添加功能意味着执行用于添加和去除I/O节点的正常物理步骤。
附图说明
图1描绘了服务器系统的一个实施例的方框图。
图2描绘了分配给主机的虚拟功能的主机视图。
图3描绘了依照图3的方法的用于新I/O节点的物理热插入的方法的一个实施例的流程图。
图4描绘了用于虚拟I/O功能的虚拟热插入的方法的一个实施例的流程图。
图5描绘了用于虚拟I/O功能的虚拟热去除的方法的一个实施例的流程图。
图6描绘了用于从服务器系统进行I/O节点的物理热去除的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
不应以限制性意义理解以下详细说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行修改。
图1举例说明能够结合本实施例的虚拟热插功能的服务器系统的一个实施例的方框图。所示的实施例已被简化以更好地举例说明虚拟热插功能的操作。替换实施例可以使用其中虚拟热插功能能够进行操作的其它功能块。
该系统包括多个计算节点101～103。在一个实施例中，计算节点101～103可以是刀片服务器。服务器可以包括包含处理器、存储器和I/O接口（例如PCIExpress（快速））的组件。
该系统还包括I/O节点110～112。I/O节点110～112可以是在计算机服务器系统中使用的典型I/O设备。I/O节点110～112每个包括一个或多个虚拟功能140～142。此类I/O功能可以包括串行和并行I/O、光纤I/O、交换机（例如以太网交换机）及其它功能。
I/O节点110～112通过交换机平台121耦合到计算节点101～103。I/O节点110～112中的任何一个能够通过交换机平台121被切换至计算节点101～103中的任何一个。
I/O节点110～112每个通过物理热插连接150被耦合到交换机平台121。在一个实施例中，此连接150是刀片服务器系统中的一个或多个连接器。随后参考图3的流程图来讨论I/O节点的物理热插入。
由管理节点131来执行交换机121的控制。管理节点131包括使得其能够执行控制例程以控制交换机的控制器和存储器。
图1的服务器系统仅仅是出于说明的目的。其它服务器系统可以包括不同数量的计算节点、I/O节点和交换机。可以在任何类型的服务器系统或计算机系统中执行用于在共享I/O环境中对功能进行虚拟热插的方法的实施例。
由于服务器系统可以包括多个刀片服务器且每个服务器可以在多个操作系统下运行多个应用，所以此类服务器与典型的计算机相比通常需要增加的网络带宽和更多的网络连接。并且由于服务器资源在多个应用之间被共享，所以保证关键应用的性能和可用性变得更加困难。
在传统服务器环境中，可以通过资源分离来解决这些问题。每个服务器仅运行一个应用，并且为每个提供单独的I/O资源。此类服务器提供多个物理上截然不同的网络。
利用虚拟化，可以创建能够根据需要来部署的灵活的资源池。任何服务器理想地可以运行任何应用。这意味着单个刀片服务器现在需要足以用于其主控的所有应用的连接性。不是每个服务器具有多个卡和电缆，I/O虚拟化采用在逻辑上作为多个虚拟资源来管理的单个高速I/O链路。类似于在单个物理服务器上运行的多个虚拟机，虚拟I/O使得能够创建用于网络连接性的多个虚拟网络接口卡（vNIC）和虚拟主机总线适配器（vHBA）。这些虚拟卡与其被设计为替代的物理以太网和光纤信道卡基本上相同地运转。由于vNIC和vHBA在逻辑上仍是截然不同的，所以其创建在逻辑上仍截然不同的网络和存储连接。
用于共享I/O环境（诸如图1所示的系统）中的虚拟化功能的虚拟热插的方法的实施例提供跨越多个主机的I/O功能的动态分派。本实施例还提供了在无需物理地去除任何I/O卡的情况下动态地去除这些功能。
图2举例说明结合了本实施例的虚拟热插功能的服务器系统的一个实施例的概念方框图。可以使用图1的方框图所示的系统来配置此类概念系统。
该概念系统包括计算节点220（例如刀片服务器），该计算节点220具有执行代码以控制虚拟功能的至少一个主机计算机200。计算节点220具有虚拟PCIExpress交换机组件203，其能够被耦合到计算节点的夹层连接器并充当主机计算机200与多个可热插I/O设备210～213之间的桥。
该多个可热插I/O设备210～213表示驻留于图1的I/O节点上的虚拟功能。在一个实施例中，可能的是所有可热插终端设备210～213可以驻留于I/O节点中的仅一个上。替换实施例可以具有在不同的I/O节点上的可热插终端设备210～213。
虚拟PCIExpress交换机203包括用于到虚拟可热插I/O设备（即虚拟功能）的每个虚拟连接的下游PCI至PCI桥设备225～227。PCIPCI至PCI上游接口230将主机计算机200耦合到虚拟PCIExpress交换机203。
本公开的热插入实施例涵盖如随后在图3中讨论的I/O节点的物理热插入以及如随后在图4中讨论的来自I/O节点的虚拟功能的虚拟热插入。本实施例还涵盖如随后在图5中所讨论的虚拟功能从I/O节点的虚拟热去除以及如随后在图6中所讨论的I/O节点的物理热去除。
图3举例说明用于在服务器系统中新I/O节点的物理热插入的方法的一个实施例的流程图。在一个实施例中，可以由管理节点来处理这种方法而不涉及计算节点且计算节点不知道插入事件。
新的I/O节点硬件被插入系统301中。随后通知管理节点正在请求热插入302。此通知可以采用用户按下注意按钮以向管理节点发送中断的形式，该中断指示新的卡已被插入机架的特定槽中。例如，用户可能与键盘和监视器或触摸屏输入设备对接，其允许选择卡的类型和卡已被插入其中的槽。在另一实施例中，插入的卡上的电路自动地向管理节点发送其已被插入的信号。插入的卡还可以包括被管理节点询问以查明新硬件上可用的各种功能的嵌入式信息。
管理节点提供热插操作正在进行中的视觉指示303。这可以通过管理节点在交换机平台上设置指示器控制位来实现。管理节点然后接通到I/O槽304的电源。在一个实施例中，通过管理节点设置交换机平台上的电源控制位来实现这一点。
管理节点提供热插操作完成的视觉指示305。管理节点可以通过在交换机平台上设置电源指示器控制位来执行此操作。
此时，计算节点仍不知道已经添加了I/O资源。管理节点然后可以控制虚拟功能到计算节点的连接，如随后参考图4所讨论的。一旦被连接，每个虚拟功能对于计算节点而言将看起来是单个功能I/O设备。
管理节点基于能够通过被连接到管理节点的控制台来提供的资源请求将虚拟功能连接到计算节点。图4举例说明用于虚拟功能的虚拟热插入的方法的一个实施例的流程图。还可以将该实施例称为热添加事件，其中，虚拟地向现有I/O设备上的虚拟功能添加电源。该实施例涉及管理节点和计算节点两者。管理节点根据需要来控制适当的PCI至PCI下游配置空间的槽控制寄存器中的位，以使得虚拟功能中的一个的虚拟热插入看起来是实际物理热插入。
通知主机计算机正在请求热插入操作401。这可以通过管理节点设置下游PCI至PCI桥设备中的槽状态寄存器中的注意按钮被按下位来实现。这等效于注意开关的虚拟“按下”。
计算节点最初不知道I/O节点的物理热插入。只有在管理节点已改变适当的控制位之后，计算节点才认识到并相信物理设备现在已被热插入。计算节点然后将执行发现、初始化并启用新添加的虚拟功能的PCI枚举。
主机计算机提供热插入操作正在进行中的视觉指示403。这可以通过主机计算机设置下游PCI至PCI桥设备中的槽控制寄存器中的电源指示器控制位来实现。管理节点在这些位被设置时被中断。
主机计算机然后通过使用下游PCI至PCI桥设备中的槽控制寄存器中的电源控制位来接通到I/O槽的电源405。管理节点在这些位被设置时被中断。主机计算机相信其正在请求向物理I/O节点施加电源，但事实上，管理节点已在早得多的时间完成此操作。
响应于来自主机计算机的“上电”请求，管理节点使得主机计算机相信物理I/O节点已被上电且PCIExpress链路现在是活动的407。在一个实施例中，这通过管理节点在下游PCI至PCI桥设备中设置链路状态寄存器中的数据链路层活动位和槽状态寄存器中的数据链路层状态改变位来完成。
主机计算机通过将下游PCI至PCI桥设备中的槽控制寄存器中的电源指示器控制位设置为“接通”状态来提供热插入操作完成的视觉指示409。管理节点在这些位被设置时被中断，并因此被告知虚拟热插入操作完成。
图5举例说明用于虚拟功能的虚拟热去除的方法的一个实施例的流程图。这种方法涉及管理节点和计算节点两者。管理节点根据需要来控制适当的下游PCI至PCI桥配置空间的槽控制寄存器中的位，以使得虚拟功能中的一个的虚拟热去除看起来是物理I/O节点的物理热去除。
管理节点基于能够通过被连接到管理节点的控制台来提供的资源请求从计算节点去除虚拟功能。由于计算节点相信物理单功能设备已被热去除，所以其将对该功能进行静默、禁用和断电。
向主机计算机通知热去除操作请求501。这可以通过管理节点设置槽状态寄存器中的注意按钮被按下位来实现。这提供注意开关的虚拟“按下”。
主机计算机提供热去除操作正在进行中的视觉指示502。这通过主机计算机将槽控制寄存器中的电源指示器控制位设置为“闪烁”状态来实现。管理节点在这些位被设置时被中断。
主机计算机然后使去往和来自所指示的I/O设备504的业务静默。主机计算机通过设置槽控制寄存器中的设置电源控制位来关掉槽的电源和电源指示器505。在这些位被设置时管理节点被中断。主机计算机相信此特定物理I/O设备正在被断电。
响应于关断请求，管理节点使得主机计算机相信物理I/O节点已被断电507。这可以通过管理节点清除链路状态寄存器中的数据链路层活动位并设置槽状态寄存器中的数据链路层状态改变位来实现。
主机计算机然后通过将槽控制寄存器中的电源指示器控制位设置为“关闭”状态来提供热去除操作完成的视觉指示509。管理节点在这些位被设置时被中断，并且现在知道虚拟热去除操作完成。
图6举例说明用于向服务器系统请求I/O设备的物理去除的方法的一个实施例的流程图。由于计算节点相信物理I/O节点已被去除，所以由管理节点执行这种方法，而计算节点不知道该事件。主机计算机与I/O节点中的虚拟功能之间的连接在I/O节点的物理热去除之前被虚拟地去除。
接收去除物理I/O设备的请求601。这可以通过用户按下分配给I/O设备的物理槽的注意按钮来实现。I/O节点将去除物理I/O设备的请求用信号通知给管理节点。在一个实施例中，I/O节点向管理节点发送中断以请求去除。
管理节点提供热去除操作正在进行中的视觉指示607。这通过管理节点在交换机平台上将电源指示器位设置为“闪烁”状态来实现。
管理节点然后验证虚拟功能未被虚拟地连接（在服务中）至主机计算机603。如果I/O节点仍具有到某些主机计算机的活动连接，则管理节点虚拟地热去除所有连接的虚拟功能605。
一旦其已验证所有虚拟功能都被去除603，则管理节点就关掉到I/O节点槽的电源609。管理节点可以通过使用交换机平台上的电源控制位来实现此操作。
管理节点然后通过将交换机平台上的电源指示器控制位设置为“关闭”状态来提供热去除操作完成的视觉指示611。
总而言之，已经公开了用于在共享I/O环境中的虚拟热插和虚拟热去除功能的方法。当跨越多个主机共享I/O功能时，可能不使用某些I/O功能。本实施例使得能够实现这些未使用功能的动态资源管理。还可以在没有从服务器系统物理去除I/O设备的情况下以虚拟方式动态地去除未使用的功能。

Claims (15)

1.一种用于服务器系统中的虚拟热插入功能的方法，该方法包括：
将I/O节点物理地耦合到该服务器系统并对所述I/O节点上电，该I/O节点包括多个功能；
在对所述I/O节点上电之后，通知服务器系统中的第一主机计算机热插入操作正被请求，其中所请求的热插入操作与所述多个功能中的第一功能相关联；
响应于所请求的热插入操作的通知，将所述第一主机计算机虚拟地耦合所述第一功能，其中将所述第一主机计算机虚拟地耦合所述第一功能包括向所述第一主机计算机请求电力被施加到所述I/O节点，以及随后向所述第一主机计算机指示所述I/O节点已被上电；以及
在包括所述第一主机计算机的该服务器系统中的多个主机计算机之间虚拟地共享所述多个功能。
2.如权利要求1所述的方法，其中，虚拟地耦合包括：
所述多个主机计算机中的第一主机计算机设置用于所述多个功能中的第一功能的虚拟电源控制指示；
设置表明数据链路层是活动的虚拟指示；以及
用信号通知第一主机计算机与第一功能之间的虚拟链路是活动的。
3.如权利要求2所述的方法，其中，设置表明数据链路层是活动的虚拟指示包括管理节点设置链路状态寄存器中的数据链路层活动位。
4.如权利要求3所述的方法，其中，管理节点设置数据链路层活动状态位包括响应于第一主机计算机设置虚拟电源控制指示来设置数据链路层活动状态位。
5.如权利要求1所述的方法，其中，虚拟地耦合包括建立所述多个主机计算机中的第一主机计算机与所述多个功能中的第一功能之间的虚拟连接。
6.如权利要求2所述的方法，并且还包括第一主机计算机枚举分配给第一主机计算机的虚拟功能。
7.如权利要求2所述的方法，并且其中，用信号通知第一主机计算机与第一功能之间的虚拟链路是活动的包括提供虚拟热插入的完成的视觉指示。
8.一种用于服务器系统中的功能的虚拟热去除的方法，该方法包括：
虚拟地指示I/O节点上的多个功能中的第一功能的热去除请求；以及
虚拟地去除所述第一功能到第一主机计算机的虚拟链路；
其中虚拟地去除所述第一功能到第一主机计算机的虚拟链路包括：
向所述第一主机计算机请求所述I/O节点被断电；以及
向所述第一主机计算机指示所述I/O节点已被断电而不对所述I/O节点断电。
9.如权利要求8所述的方法，并且还包括在去除虚拟链路之后从服务器系统物理地去除I/O节点。
10.如权利要求8所述的方法，其中，虚拟地去除虚拟链路包括：
第一主机计算机使到第一功能的业务静默；
第一主机计算机设置电源控制位以关掉到该功能的电源；以及
管理节点清除链路状态寄存器中的数据链路层活动位。
11.如权利要求8所述的方法，其中，虚拟地指示第一功能的热去除请求包括管理节点设置I/O节点状态寄存器中的注意按钮被按下位。
12.如权利要求10所述的方法，并且还包括第一主机计算机提供第一功能的虚拟热去除的完成的视觉指示。
13.一种结合了多个虚拟功能的服务器系统，该系统包括：
多个计算节点，每个被配置为虚拟地耦合至所述多个虚拟功能中的至少一个虚拟功能；
I/O节点，其包括所述多个虚拟功能；
交换机平台，其将所述多个主机计算机耦合到所述I/O节点；以及
管理节点，其被耦合到交换机平台并被配置为虚拟地热插入且虚拟地热去除所述多个计算节点中的每一个与所述至少一个虚拟功能之间的虚拟链路；
其中虚拟热插入包括：在对所述I/O节点上电之后，通知服务器系统中的第一计算节点热插入操作正被请求；响应于热插入操作的通知，向所述第一计算节点请求电力被施加到所述I/O节点；以及随后向所述第一计算节点指示所述I/O节点已被上电。
14.如权利要求13所述的系统，其中，仅所述管理节点还被配置为向和从服务器系统物理地热插入和物理地热去除I/O节点。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一计算节点和所述管理节点二者被配置为虚拟地热插入和虚拟地热去除第一计算节点与所述至少一个虚拟功能之间的虚拟链路。
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