CN106020737A - 一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，该系统包括：多个计算模组；多个存储模组；一个全局共享存控模组，用于将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用；所述全局共享存控模组与所述多个计算模组均相连，所述全局共享存控模组与所述多个存储模组均相连。该系统实现节省成本，并提高数据运行效率。

Description

一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统
技术领域
本发明涉及存储技术领域，特别是涉及一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统。
背景技术
目前，传统存储系统的互联架构均是单计算系统通过直连的磁盘控制器与磁盘连接，如果有多个计算系统即多个计算模组要与存储磁盘连接均需要多个磁盘控制器与存储磁盘连接，即一个存储磁盘需要一个磁盘控制器来连接一个计算模组，是一一对应的关系，那么有多个存储磁盘时，就需要多个磁盘控制器和多个计算模组，每个存储磁盘对应连接一个磁盘控制器和一个计算模组，这样不但造成硬件成本的投入增加，同时无法直接将多个计算系统即多个计算模组直接与存储数据访问，产生数据访存的时延，数据的运行效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，以实现节省成本，并提高数据运行效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，该系统包括：
多个计算模组；
多个存储模组；
一个全局共享存控模组，用于将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用；
所述全局共享存控模组与所述多个计算模组均相连，所述全局共享存控模组与所述多个存储模组均相连。
优选的，所述全局共享存控模组与各计算模组之间通过PCIE3.0x8的链路进行连接。
优选的，所述全局共享存控模组包括PCIE交换单元、磁盘控制器、磁盘扩展器、管理单元、供电单元、风扇模组和信号连接单元。
优选的，所述存储模组的个数为2个，每个存储模组包括3个存储模块，每个存储模块包括8个硬盘、2个硬盘连接器和1个磁盘扩展单元。
优选的，所述存储模组通过SAS链路与全局共享存控模组连接。
优选的，所述计算模组的个数为4个，所述计算模组采用x86架构处理器组成。
优选的，所述PCIE交换单元负责上行通过PCIE3.0x8的链路连接磁盘控制器，下行通过4组PCIE3.0x8的链路连接系统中4个计算模组。
优选的，所述磁盘扩展器的个数为3个，磁盘控制器的个数为1个，风扇模组的个数为2个。
优选的，所述磁盘控制器用于接收计算模组的指令，对指令进行解析后转换为控制数据，利用控制数据对磁盘模组中的物理磁盘上的数据进行读取或写入。
本发明所提供的一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，包括多个计算模组；多个存储模组；一个全局共享存控模组，用于将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用；所述全局共享存控模组与所述多个计算模组均相连，所述全局共享存控模组与所述多个存储模组均相连。可见，全局存储共享模组与所有的计算模组和存储模组均相连，在所有的计算模组和所有的存储模组之间设置有一个全局共享模组，将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用，如此对于存储模组中的每个磁盘，每个磁盘不需要一个磁盘控制器来连接一个计算模组，降低了成本，并且通过全局存储共享模组将存储模组中的多个独立的物理硬盘，组建成1个逻辑上统一的磁盘阵列，整个同时共享给系统中的多个计算模组使用，以实现磁盘数据直接与处理器通信，提高数据的运算效率，所以该系统实现节省成本，并提高数据运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统的结构示意图；
图2为全局共享存控模组的原理框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，以实现节省成本，并提高数据运行效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统的结构示意图，该系统包括：
多个计算模组101；
多个存储模组103；
一个全局共享存控模组102，用于将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用；
全局共享存控模组102与多个计算模组101均相连，全局共享存控模组102与多个存储模组103均相连。图中的计算模组有4个，存储模组有2个，对于该系统，计算模组和存储模组的个数可自由设定，计算模组的个数为至少2个，即多个，存储模组的个数为至少2个，即多个。
可见，全局存储共享模组与所有的计算模组和存储模组均相连，在所有的计算模组和所有的存储模组之间设置有一个全局共享模组，将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用，如此对于存储模组中的每个磁盘，每个磁盘不需要一个磁盘控制器来连接一个计算模组，降低了成本，并且通过全局存储共享模组将存储模组中的多个独立的物理硬盘，组建成1个逻辑上统一的磁盘阵列，整个同时共享给系统中的多个计算模组使用，以实现磁盘数据直接与处理器通信，提高数据的运算效率，所以该系统实现节省成本，并提高数据运行效率。
基于上述系统，可选的，全局共享存控模组与各计算模组之间通过PCIE3.0x8的链路进行连接。
其中，全局共享存控模组支持Multi-Host技术，支持多计算模组的并行接入，并支持DMA技术，可以使磁盘中的数据直接与计算模组中内存里的数据直接通信。
全局共享存控模组包括PCIE交换单元、磁盘控制器、磁盘扩展器、管理单元、供电单元、风扇模组和信号连接单元。
具体的，存储模组的个数为2个，每个存储模组包括3个存储模块，每个存储模块包括8个硬盘、2个硬盘连接器和1个磁盘扩展单元。
存储模组通过SAS链路与全局共享存控模组连接。
具体的，计算模组的个数为4个，计算模组采用x86架构处理器组成。
PCIE交换单元负责上行通过PCIE3.0x8的链路连接磁盘控制器，下行通过4组PCIE3.0x8的链路连接系统中4个计算模组。
具体的，磁盘扩展器的个数为3个，磁盘控制器的个数为1个，风扇模组的个数为2个。
磁盘控制器用于接收计算模组的指令，对指令进行解析后转换为控制数据，利用控制数据对磁盘模组中的物理磁盘上的数据进行读取或写入
本系统是可以用于融合架构8路服务器，支持Multi-Host多节点间全局共享磁盘的高密度存储架构系统，是首次在8路服务器中推出的高密度全局共享磁盘架构，在2U的空间内实现安放48个2.5寸盘位，突破目前8路服务器16～24盘的设计。全局共享存控模组能够将存储模组中的48个独立的物理硬盘，组建成1个逻辑上统一的磁盘阵列，整个同时共享给系统中的多个计算模组使用，同时支持SR-IOV和DMA技术，可以实现磁盘数据直接与处理器通信，提高数据的运算效率。
本系统可用于融合架构8路服务器系统，整个系统由计算模组、全局共享存控模组、存储模组三部分组成。计算模组由传统的x86架构处理器组成，可以是单处理器模组也可以是双处理器或四处理器模组，处理器的数量可以根据具体的业务类型来灵活设计，面向轻负载的应用可以设计成单处理器的模组，针对高负载、并发计算的应用可以设计成双或四处理器的模组。全局共享存控模组是整个架构中的核心部分，通过此模组可以将系统中多个存储模组中的所有物理磁盘组建成1个统一的逻辑磁盘，并将逻辑磁盘整体共享给所有的计算模组使用，同时全局共享存控模组支持Multi-Host技术，支持多计算模组的并行接入，并支持DMA技术，可以使磁盘中的数据直接与计算模组中内存里的数据直接通信，有助于提高数据的访存效率。
全局共享存控模组由PCIE交换单元、磁盘控制器、磁盘扩展器、管理单元、供电单元、风扇模组和信号连接单元组成。全局共享存控模组与各计算模组间通过4组PCIE 3.0x8的链路进行连接，PCI-E 3.0的信号频率为8Gb/s，编码方案为更高效的128b/130b，每周期依然传输2位数据，支持多通道并行传输，传输带宽可达256Gb/s。全局共享存控模组通过其中的PCIE交换单元、磁盘控制器和磁盘扩展器与存储模组中的48块物理磁盘连接，实现磁盘逻辑阵列的组建以及阵列数据的共享访存。存储模组用来支持物理的存储介质，单个存储模组可以支持24个2.5寸的硬盘，整个模组通过SAS链路与全局共享存控模组连接。
全局共享存控模组与各计算模组间通过PCIE 3.0x8的链路进行连接。与PCI-E 2.0相比，PCI-E 3.0的目标是带宽继续翻倍达到10GB/s，PCI-E 3.0的信号频率从2.0的5Gb/s提高到8Gb/s，编码方案也从原来的8b/10b变为更高效的128b/130b，每周期依然传输2位数据，支持多通道并行传输，x8带宽的传输速率可以达到64Gb/s。除了带宽翻倍带来的数据吞吐量大幅提高之外，PCI-E 3.0的信号速度更快，相应地数据传输的延迟也会更低。此外，针对软件模型、功耗管理等方面也有具体优化。PCIE交换技术、DMA、SR-IOV技术的发展，使得可以基于PCIE交换实现多个计算系统与磁盘系统共享，并使新处理器与磁盘数据的直接通讯。
图2为全局共享存控模组的原理框图，全局共享存控模组由PCIE交换单元、磁盘控制器、磁盘扩展器、管理单元、供电单元、风扇模组和信号连接单元组成，其中，磁盘扩展器的个数为3个，磁盘控制器的个数为1个，风扇模组的个数为2个。图2中，与硬盘连接单元相连的四个条状模块均为磁盘，每个存储模组中有24个磁盘，每4个磁盘与一个硬盘连接单元相连，两个存储模组共有48个磁盘。图2中，PCIE交换单元主要负责上行通过PCIE3.0x8的链路连接磁盘控制器，下行通过4组PCIE3.0x8的链路连接系统中的4个计算模组，PCIE交换单元主芯片采用PLX公司的PEX 9749新片，总共可以提供49*Lane的PCIE信号，支持SR-IOV、DMA技术，同时端口间的传输延时为150ns，Lane指代通道链路，49*Lane即为49个通道链路，图2的设计中只用到了41*Lane，其中32*Lane以8*Lane为一组分别连接系统中的计算模组，事项接收计算模组传递来的信息或将磁盘模组即存储模组中的数据传递给计算模组，32*Lane可以支持256Gb/s带宽数据的传输；8*Lane用作连接磁盘控制器，提供64Gb/s的数据带宽，实现将计算模组的数据或指令传递到磁盘控制器，通过磁盘控制器解析后、转换成对应磁盘的控制数据，对磁盘模组中的物理磁盘上的数据进行读取或写入；1*Lane连接管理单元，管理单元基于PowerPC或ARM处理器设计，完成PEX9749芯片的初始化信息配置，实现PCIE交换单元上、下行端口间数据的交互与转发。磁盘控制器基于LSI公司SAS3108芯片设计，通过PCIE3.0x8的链路与PCIE交换单元连接、数据带宽可达64Gb/s，对外提供8个SAS/SATA PHY接口与磁盘扩展器连接、单口带宽为12Gb/s，通过PCIE交换模块接收计算模组的数据或指令，解析后、转换成对应磁盘的控制数据，通过磁盘扩展器对磁盘模组中的物理磁盘上的数据进行读取或写入。
并且，磁盘控制器同时支持组建RAID0，1，5，6，50，60等多种阵列组合。磁盘扩展器基于LSI公司SAS3536芯片设计，总共可以提供36个12Gb/s的SAS/SATA PHY接口，其中8个接口与磁盘控制器连接，用来接收磁盘控制器传递来的数据及指令；8个接口用来连接另外的磁盘扩展器，实现磁盘扩展器间数据的交互；16个接口连接存储模组中的16个2.5寸物理磁盘，可对物理磁盘上的信息进行读取操作；存储模组用来存放2.5寸的物理磁盘，系统中共设计2个存储模组，每个模组支持24个2.5寸物理磁盘，整个支持48个物理磁盘，提供192TB的数据存储容量，48个物理磁盘通过3个磁盘扩展进行连接，每个磁盘扩展器连接16个物理磁盘。通过全局存储共享模组可以实现将存储模组中的48个独立的物理硬盘，组建成1个逻辑上统一的磁盘阵列，整个同时共享给系统中的多个计算模组使用，同时支持SR-IOV和DMA技术，可以实现磁盘数据直接与处理器通信，提高数据的运算效率。
具体的，全局存储共享模组结构设计方面，全局存储共享模组前端由2个独立的磁盘子模组组成，单个模组可以安放24个2.5寸物理磁盘，每个物理磁盘均支持热插拔操作，全局存储共享模组中部安放5个风扇，为磁盘解决散热，全局存储共享模组后端安放磁盘控制器和磁盘扩展器。
综上所述，本发明所提供的一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，包括多个计算模组；多个存储模组；一个全局共享存控模组，用于将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用；全局共享存控模组与多个计算模组均相连，全局共享存控模组与多个存储模组均相连。可见，全局存储共享模组与所有的计算模组和存储模组均相连，在所有的计算模组和所有的存储模组之间设置有一个全局共享模组，将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用，如此对于存储模组中的每个磁盘，每个磁盘不需要一个磁盘控制器来连接一个计算模组，降低了成本，并且通过全局存储共享模组将存储模组中的多个独立的物理硬盘，组建成1个逻辑上统一的磁盘阵列，整个同时共享给系统中的多个计算模组使用，以实现磁盘数据直接与处理器通信，提高数据的运算效率，所以该系统实现节省成本，并提高数据运行效率。
以上对本发明所提供的一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种全局共享磁盘的高密度存储架构系统，其特征在于，包括：
多个计算模组；
多个存储模组；
一个全局共享存控模组，用于将所有的存储模组中的磁盘共享给所有的计算模组使用；
所述全局共享存控模组与所述多个计算模组均相连，所述全局共享存控模组与所述多个存储模组均相连。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全局共享存控模组与各计算模组之间通过PCIE3.0x8的链路进行连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全局共享存控模组包括PCIE交换单元、磁盘控制器、磁盘扩展器、管理单元、供电单元、风扇模组和信号连接单元。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述存储模组的个数为2个，每个存储模组包括3个存储模块，每个存储模块包括8个硬盘、2个硬盘连接器和1个磁盘扩展单元。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述存储模组通过SAS链路与全局共享存控模组连接。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述计算模组的个数为4个，所述计算模组采用x86架构处理器组成。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述PCIE交换单元负责上行通过PCIE3.0x8的链路连接磁盘控制器，下行通过4组PCIE3.0x8的链路连接系统中4个计算模组。
8.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述磁盘扩展器的个数为3个，磁盘控制器的个数为1个，风扇模组的个数为2个。
9.如权利要求3至8中任意一项所述的系统，其特征在于，所述磁盘控制器用于接收计算模组的指令，对指令进行解析后转换为控制数据，利用控制数据对磁盘模组中的物理磁盘上的数据进行读取或写入。
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