CN104967577B - Sas交换机和服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种SAS交换机和服务器，该SAS交换机包括背板和SAS交换机子卡；所述SAS交换机子卡与所述背板连接，可单独热插拔，可独立用于为物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点提供SAS交换能力。该SAS交换机可以将物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点连接起来，以及，可灵活调整SAS交换机子卡数量，以最低的成本满足不同的应用需求。

Description

SAS交换机和服务器

技术领域

本发明涉及服务器技术领域，尤其涉及一种SAS交换机和服务器。

背景技术

传统的本地存储服务器通常将中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，机械硬盘(Hard Disk Drive，HDD)，固态硬盘(Solid State Disk，SSD)等集中在单一的物理机箱中，通常以不同的服务器设计方案来满足不同的应用对容量、带宽及每秒进行读写操作的次数(Input/output Per Second，IOPS)的差异化需求，无法灵活扩展变更以满足不同的应用需求。另外，本地的存储资源易出现利用率不足，而这些富余的存储资源无法高效的分享给其他计算资源使用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种SAS交换机，该SAS交换机可以将物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点连接起来，以及，可灵活调整SAS交换机子卡数量，以最低的成本满足不同的应用需求。从而本实施例提出的SAS交换机可以为灵活构建不同配置的逻辑服务器提供基础设施。

本发明的另一个目的在于提出一种服务器，该服务器将计算资源节点和存储资源节点在物理上分离设置，并通过SAS交换机实现互联互通，可以灵活构建不同配置的逻辑服务器，满足不同的应用需求和提高资源利用率。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的SAS交换机，包括：背板和SAS交换机子卡；所述SAS交换机子卡与所述背板连接，可单独热插拔，可独立用于为物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点提供SAS交换能力。

本发明第一方面实施例提出的SAS交换机，通过采用SAS交换机子卡，可以将物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点连接起来，另外，SAS交换机子卡是可单独热插拔和可独立运作的，因此，SAS交换机子卡的数量是可灵活调整的，可以以最低的成本满足不同的应用需求。从而本实施例提出的SAS交换机可以为灵活构建不同配置的逻辑服务器提供基础设施。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的服务器，包括：上述的SAS交换机；以及，计算资源节点和存储资源节点；其中，所述SAS交换机分别连接计算资源节点和存储资源节点，且所述计算资源节点与所述存储资源节点在物理上分离设置。

本发明第二方面实施例提出的服务器，通过SAS交换机将物理分离的计算资源节点和存储资源节点连接，可以灵活构建不同配置的逻辑服务器，满足不同的应用需求，另外，由于计算资源节点和存储资源节点可以通过SAS交换机互联互通，不同的计算资源节点可以访问相同的存储资源节点，因此可以提高资源利用率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的SAS交换机的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提出的SAS交换机的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提出的SAS交换机的结构示意图；

图4是本发明实施例中SAS交换机子卡的结构示意图；

图5是本发明另一实施例提出的SAS交换机的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提出的SAS交换机的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；

图8是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；

图9是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；

图10是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；

图11是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；

图12是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；

图13是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

为了提高灵活性，在服务器内可以将计算资源节点和存储资源节点在物理上分离设置，此时，分离的计算资源节点和存储资源节点可以通过串联连接SCSI(SerialAttached SCSI，SAS)交换机(switch)通信连接，SCSI是小型计算机系统接口(SmallComputer System Interface)。

图1是本发明一实施例提出的SAS交换机的结构示意图，该SAS交换机10包括：

背板11和SAS交换机子卡12；

所述SAS交换机子卡12与所述背板11连接，可单独热插拔，可独立用于为物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点提供SAS交换能力。

其中，在计算机领域，背板是一种经常使用的电路板，具有不同功能的单板可以插到背板上。

本实施例中，SAS交换机子卡12可以插到背板11上。

为了支持热插拔，背板可以具体是指热插拔背板。

SAS交换机子卡是具有SAS交换能力的芯片，由于具有SAS交换能力，可以对物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点进行数据交换，从而实现该计算资源节点和存储资源节点之间的互联互通。

SAS交换机子卡的数量可以是一个或者多个，多个是指至少两个。每个SAS交换机子卡的主控芯片可以具体是SAS扩展器(expander)，SAS expander是具备SAS与串联增强技术连接(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)协议交换能力的交换芯片。目前该类芯片通道(lane)数一般有限，目前最高lane数是68，由于通常SAS接口是x4模式，即每个接口占用4个lane，因此单芯片最大支持17个x4接口。

可选的，该SAS交换机还可以包括：

网络子卡，与所述交换机子卡连接，用于在所述SAS交换机子卡与外部交换机具有不同传输速率的网络接口时，进行传输速率转换。

当SAS交换机内包括网络子卡时，网络子卡可以具体为一个。

以一个SAS交换机内包括一个网络子卡和三个SAS交换机子卡为例，参见图2，该SAS交换机20包括：热插拔背板21，三个SAS交换机子卡22(图2中只示例标号了一个)和一个网络子卡23，每个SAS交换机子卡均与网络子卡连接，每个SAS交换机子卡以及网络子卡都连接到热插拔背板上。SAS交换机子卡与网络子卡之间的连接可以称为网络连接，SAS交换机及网络子卡与热插拔背板之间的连接可以称为背板信号连接。

另外，如图2所示，供电，散热、管理等模块独立于SAS交换机自身，为共享的基础设施，可灵活支持SAS交换机自身内部模块的差异化配置。另外，独立于SAS交换机自身，可以提高SAS交换机子卡的密度。

每个SAS交换机子卡都可以提供SAS交换能力，且可单独热插拔，可通过增减SAS交换机子卡的数量来灵活扩展存储接口数量，来满足各种差异化的业务需求。

参见图3，为1U高度机箱内实现的SAS交换机实例，其包含3个SAS交换机子卡及1个网络子卡，其中，3个SAS交换机子卡分别用SAS交换机子卡-1，SAS交换机子卡-2，SAS交换机子卡-3表示。

参见图4，为单个SAS交换机子卡的示意图，每个SAS交换机子卡包含17个x4miniSASHD接口，1个调试接口及1个网络接口。

SAS交换机子卡交换容量高达17x4x12Gbps＝816Gbps，因此该SAS交换机最大支持51个x4miniSASHD接口，最大交换容量达2.4T。

本实施例中，通过采用SAS交换机子卡、网络子卡以及背板，可以实现SAS交换机内功能的模块化，通过增减子卡的数量，可以满足不同业务需求。

另一实施例中，通过设置网络子卡，可以解决具有不同传输速率的网络接口的互联互通问题。

SAS交换机子卡的主控芯片SAS expander目前都是百兆(100M)网络接口，而数据中心已经广泛部署了万兆交换机(网络接口是万兆网络接口)。为了保证兼容性，需要解决百兆网络接口与万兆网络接口的互联互通问题。

为了解决百兆网络接口与万兆网络接口的互联互通问题，一种方案是在SAS交换机子卡内部增添100M转千兆(1000M)模块，然后通过千兆转万兆模块上联至万兆交换机。此方案不足在于：

(1)千兆网络环境中，SAS expander的100M接口可以与千兆交换机端口自适应，其100M转1000M模块没有意义，导致成本浪费；

(2)万兆网络环境中，每个交换机子卡都需要1个1000M转万兆模块及1个万兆端口，但交换机子卡的网络通信带宽需求很小，导致成本浪费。

为了避免上述不足，本实施例在解决百兆网络接口与万兆网络接口的互联互通时，采用如下方案：

当所述SAS交换机子卡的网络接口是百兆网络接口，且所述外部交换机的网络接口是万兆网络接口时，所述网络子卡是千兆网络子卡，所述千兆网络子卡的一端连接每个SAS交换机子卡的百兆网络接口，另一端连接外部的千兆转万兆模块的一端，且所述千兆转万兆模块的另一端连接所述万兆网络接口。

例如，参见图5，万兆网络环境中的网络配置时，本实施例采用一个单独可插拔的千兆网络子卡，其先连接至各个SAS交换机子卡的100M端口，然后通过1000M端口连接至1000M转万兆模块，最终上联至万兆交换机的万兆网络端口。

本本实施例中，无论SAS交换机内部具备多少个交换机子卡，其只需要通过1个1000M转万兆模块及1个万兆端口即可实现与外部环境的互联互通，大大降低了网络成本。

上面描述了百兆网络接口与万兆网络接口的互联互通问题，但在另外的场景下，可以不需要网络子卡。例如，目前的千兆网络接口具有百兆与千兆的自适应能力，因此，当在千兆网络环境下不需要配置网络子卡。

具体的，当所述SAS交换机子卡的网络接口是百兆网络接口，且所述外部交换机的网络接口是千兆网络接口时，所述SAS交换机子卡的百兆网络接口连接所述千兆网络接口。

例如，参见图6，在千兆网络环境中，SAS交换机子卡的100M网络接口和千兆交换机1000M接口是自适应的，因此本实施例无需千兆网络子卡。本实施例是模块化设计，可直接去掉千兆网络子卡以节省成本。

本发明实施例中，通过采用SAS交换机子卡，可以将物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点连接起来，另外，SAS交换机子卡是可单独热插拔和可独立运作的，因此，SAS交换机子卡的数量是可灵活调整的，可以以最低的成本满足不同的应用需求。从而本实施例提出的SAS交换机可以为灵活构建不同配置的逻辑服务器提供基础设施。通过采用子卡方式，可以实现模块化，根据需要增减模块，满足不同业务需求。通过设置或不设置网络子卡，可以根据环境的不同，不仅可以解决不同传输速率的网络接口的兼容问题，还可以降低成本。

图7是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图，该服务器包括：SAS交换机71，计算资源节点72和存储资源节点73。

其中，所述SAS交换机71分别连接计算资源节点72和存储资源节点73，且所述计算资源节点72与所述存储资源节点73在物理上分离设置。

SAS交换机71可以如上所述，在此不再赘述。

一个实施例中，该服务器还可以包括：

与所述SAS交换机独立设置的如下模块中的至少一项：

供电模块，散热模块，管理模块。

例如，如图2所示，供电，散热、管理等模块独立于SAS交换机自身，为共享的基础设施，可灵活支持SAS交换机自身内部模块的差异化配置。

另一实施例中，所述SAS交换机还用于：

建立计算资源节点与以单个磁盘为粒度的存储资源节点之间的映射关系。

具体的，可以通过分区(zoning)技术以单个磁盘为粒度来建立存储资源和计算资源的映射关系，因此理论上可以构建任意配置的逻辑服务器来满足各种不同的存储应用需求，如hot storage、warm storage及cold storage。

另外，用于建立该映射关系的模块可以称为配置模块，可以在每个SAS交换机子卡上设置一个配置模块，或者，在SAS交换机内部统一设置一个配置模块。

例如，参见图8，计算资源节点为两个，分别用节点A和节点B表示，其中，每个计算资源节点内可以包括：中央处理器(Central Process Unit，CPU)和主机总线适配器(HostBus Adapter，HBA)等模块。

存储资源节点为三个，每个存储资源节点是磁盘簇(Just a Bunch of Disks，JBOD)，根据协议以及存储方式的不同，JBOD可以分为多种，本实施例中，分别用SATA HDDJBOD，SATA SSD JBOD和SAS HDD JBOD表示。在每个JBOD内可以包括一个或多个磁盘。

本实施例中以磁盘为粒度进行计算资源与存储资源的映射关系。例如，参见图8，节点A对应的存储资源包括三个磁盘(SATA HDD JBOD内的一个磁盘及SATA SSD JBOD内的两个磁盘)，节点B对应的存储资源包括四个磁盘(SATA SSD JBOD内的一个磁盘及SAS HDDJBOD内的三个磁盘)。

本实施例中，通过SAS交换机将物理解耦的计算资源和存储资源汇聚起来，可以灵活构建不同配置的服务器。

另一实施例中，当所述计算资源节点和所述存储资源节点分别为多个时，所述计算资源节点和所述存储资源节点与所述SAS交换机的连接关系满足如下条件中的至少一项：

每个计算资源节点通过一个或多个端口连接到所述SAS交换机；

每个存储资源节点通过一个或多个端口连接到所述SAS交换机；

不同的存储资源节点级联，且级联后的至少两个存储资源节点中的一个存储资源节点通过一个或多个端口连接到所述SAS交换机。

例如，参见图9，每个计算资源节点及每个存储资源节点(用JBOD表示)都通过一个SAS端口连接到SAS交换机上。由于SAS交换机单个端口为x4miniSASHD接口，带宽为48Gbps，按单个磁盘200MB计算，一个端口可支持24个磁盘。因此对于大部分应用，计算资源节点和JBOD均通过1个端口互联至SAS交换机，即可满足带宽、容量、每秒进行读写操作的次数(Input/output Per Second，IOPS)的基本需求。

又例如，参见图10，每个计算资源节点通过一个SAS端口连接到SAS交换机上，不同的存储资源节点(用JBOD表示)之间存在级联关系，级联的多个JBOD中的一个JBOD通过1个SAS端口连接到SAS交换机。这样可以减少SAS交换机端口需求。可以应用到对于强调存储容量、但对带宽及IOPS需求不高的场景。

又例如，参见图11，每个计算资源节点通过一个SAS端口连接到SAS交换机上，每个存储资源节点(用JBOD表示)通过多个SAS端口连接到SAS交换机上。当多个计算资源节点或同一个计算资源节点的多个线程同时访问同一个JBOD时，此时增加JBOD与SAS交换机的互联端口数将提升存储IOPS。

本实施例中，可以根据存储带宽、容量、IOPS等灵活构建拓扑。

另一实施例中，当所述SAS交换机子卡的数量是至少两个时，

每个SAS交换机子卡连接的资源节点形成独立的资源池；或者，

每个SAS交换机子卡连接自身对应的资源节点，且不同的SAS交换机子卡之间两两互相连接，使得不同的SAS交换机子卡对应的资源节点形成统一资源池；

其中，所述资源节点包括：计算资源节点和存储资源节点。

例如，参见图12，每个SAS交换机子卡对应一个独立的资源池。

针对1个机柜的配置，若1个SAS交换机子卡的端口数量无法满足存储资源节点及计算资源节点的互联需求时，可以增加SAS交换机子卡数量来线性扩展机柜的计算资源和存储资源。此时各交换机子卡下所连接的计算和存储资源构建起相互独立的资源池，计算资源节点可以访问本资源池中的存储资源节点，而不能访问其他资源池中的存储资源节点。

本实施例中，通过增减SAS交换机子卡数量，可线性扩展计算资源和存储资源。

又例如，参见图13，不同SAS交换机子卡组成统一的资源池。

例如，将多个SAS交换机子卡两两互联起来，此时该资源池内任意一个计算资源节点可以访问该SAS交换机下的任意一个存储资源节点，因此可将多个独立的资源池汇聚为统一的逻辑资源池。增加SAS交换机子卡之间的互联端口数量将提升计算节点访问跨交换机子卡的存储节点的IO性能，但同时将减少SAS交换机对外提供的存储端口数量，从而影响单机柜可以支持的计算、存储资源节点数量。可通过软件配置减少跨交换机子卡的数据访问需求，此时SAS交换机子卡两两之间只需要1个互联端口即可满足统一逻辑资源池的需求。

本实施例中，通过不同SAS交换机子卡之间的两两连接，可以形成统一资源池，满足跨交换机子卡的数据访问需求。

本发明实施例中，通过SAS交换机将物理分离的计算资源节点和存储资源节点连接，可以灵活构建不同配置的逻辑服务器，满足不同的应用需求，另外，由于计算资源节点和存储资源节点可以通过SAS交换机互联互通，不同的计算资源节点可以访问相同的存储资源节点，因此可以提升资源利用率。本发明实施例互联带宽较高，访问延时较小。SAS交换机为模块化设计，各个交换机子卡可独立提供服务，且可热插拔，因此可根据业务需求灵活扩展端口数量。SAS交换机最大支持51个x4的miniSASHD接口，交换容量高达2.4T。可根据存储带宽、容量、IOPS等需求灵活构建拓扑，减少SAS交换机端口需求，降低系统部署成本。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种SAS交换机，其特征在于，包括：

背板和SAS交换机子卡；

所述SAS交换机子卡与所述背板连接，可单独热插拔，可独立用于为物理上分离设置的计算资源节点和存储资源节点提供SAS交换能力；

所述的SAS交换机，还包括：

一个网络子卡，与所述交换机子卡及所述背板连接，用于在所述SAS交换机子卡与外部交换机具有不同传输速率的网络接口时，进行传输速率转换；

当所述SAS交换机子卡的网络接口是百兆网络接口，且所述外部交换机的网络接口是万兆网络接口时，所述网络子卡是千兆网络子卡，所述千兆网络子卡的一端连接每个SAS交换机子卡的百兆网络接口，另一端连接外部的千兆转万兆模块的一端，且所述千兆转万兆模块的另一端连接所述万兆网络接口。

2.根据权利要求1所述的SAS交换机，其特征在于，所述SAS交换机子卡为多个，所述网络子卡为一个，每个SAS交换机子卡均与所述网络子卡连接。

3.根据权利要求1所述的SAS交换机，其特征在于，当所述SAS交换机子卡的网络接口是百兆网络接口，且所述外部交换机的网络接口是千兆网络接口时，所述SAS交换机子卡的百兆网络接口连接所述千兆网络接口。

4.一种服务器，其特征在于，包括：

如权利要求1-3任一项所述的SAS交换机；以及，

计算资源节点和存储资源节点；

其中，所述SAS交换机分别连接计算资源节点和存储资源节点，且所述计算资源节点与所述存储资源节点在物理上分离设置。

5.根据权利要求4所述的服务器，其特征在于，所述SAS交换机还用于：

建立计算资源节点与以单个磁盘为粒度的存储资源节点之间的映射关系。

6.根据权利要求4所述的服务器，其特征在于，当所述计算资源节点和所述存储资源节点分别为多个时，所述计算资源节点和所述存储资源节点与所述SAS交换机的连接关系满足如下条件中的至少一项：

每个计算资源节点通过一个或多个端口连接到所述SAS交换机；

每个存储资源节点通过一个或多个端口连接到所述SAS交换机；

不同的存储资源节点级联，且级联后的至少两个存储资源节点中的一个存储资源节点通过一个或多个端口连接到所述SAS交换机。

7.根据权利要求4所述的服务器，其特征在于，当所述SAS交换机子卡的数量是至少两个时，

每个SAS交换机子卡连接的资源节点形成独立的资源池；或者，

每个SAS交换机子卡连接自身对应的资源节点，且不同的SAS交换机子卡之间两两互相连接，使得不同的SAS交换机子卡对应的资源节点形成统一资源池；

其中，所述资源节点包括：计算资源节点和存储资源节点。

8.根据权利要求4所述的服务器，其特征在于，还包括：

与所述SAS交换机独立设置的如下模块中的至少一项：

供电模块，散热模块，管理模块。