CN107526701A - 热插拔存储设备及系统 - Google Patents

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CN107526701A CN201710529641.XA CN201710529641A CN107526701A CN 107526701 A CN107526701 A CN 107526701A CN 201710529641 A CN201710529641 A CN 201710529641A CN 107526701 A CN107526701 A CN 107526701A
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梁小健
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Abstract

本发明实施例提供一种存储设备及用于访问存储设备的系统。该存储设备包括：存储控制器、交换模块和存储模块，存储控制器用于与处理器单元连接，还用于通过PCIe接口与交换模块的上行PCIe接口连接；交换模块包括若干下行PCIe接口，用于与至少一个存储模块连接；通过增加交换模块，扩展了处理器单元所能访问的存储模块的数量；通过至少一个存储模块分布在交换模块的周围，提高了交换模块及其所支持的存储模块的集成度；采用独立热插拨的方式，提高了可维护性，可灵活调整存储模块的数量。

Description

热插拔存储设备及系统
技术领域
本发明实施例涉及存储技术领域，尤其涉及一种存储设备及用于访问存储设备的系统。
背景技术
在目前的网络应用场景中，高速外围组件互联(Peripheral ComponentInterconnect express，PCIe)是一种高速串行计算机扩展总线标准，是由英特尔在2001年提出的。PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源管理、错误报告、以及端对端的可靠性传输等功能。
快速非易失性存储(Non-Volatile Memory Express，NVMe)标准是一个针对使用PCIe固态存储设备的企业和普通客户端系统开发的存储控制器接口标准，采用NVMe架构下的存储器可提升性能，可降低延迟超过50％，而且大大降低了功耗。
现有的NVMe存储架构，一般是将NVMe存储设备直接连接到处理器单元的PCIe接口上，根据处理器单元发送的访问请求，直接对NVMe存储设备进行访问。
在实现本发明的过程中，发明人发现上述NVMe存储架构至少存在以下缺陷：由于受PCIe接口数量的限制，使得连接在处理器单元上的NVMe存储设备的数量有限，无法扩展；另外，可维护性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种存储设备及用于访问存储设备的系统，以提升与处理器单元连接的存储设备的扩展能力，并提升存储设备的可维护性。
第一方面，本发明实施例提供一种存储设备，包括：存储控制器、交换模块和存储模块，所述存储控制器用于与处理器单元连接，还用于通过高速外围组件互联(PCIe)接口与所述交换模块的上行PCIe接口连接；所述交换模块包括若干下行PCIe接口，用于与至少一个所述存储模块连接；至少一个所述存储模块分布在所述交换模块的周围，且至少一个所述存储模块和所述交换模块均可独立热插拔；其中，
所述存储控制器，用于接收所述处理器单元发送的访问请求，将所述访问请求转换为PCIe格式的访问请求，并通过所述PCIe接口向所述交换模块发送，所述PCIe格式的访问请求中至少包括所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址；
所述交换模块，用于对所接收的所述PCIe格式的访问请求进行解析，得到所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，并根据所述解析得到的访问地址，向所述处理器单元所要访问的存储模块发送所接收的所述PCIe格式的访问请求。
在上述方案中，所述处理器单元发送的访问请求中可至少包括所述处理器单元所要访问的存储模块的标识；
相应的，所述存储控制器还可用于根据所述标识，确定所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，并将所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址携带在所述PCIe格式的访问请求中。
在上述方案中，所述存储模块可包括：支持快速非易失性存储(NVMe)标准的固态硬盘(Solid State Disk，SSD)。
第二方面，本发明实施例提供一种用于访问存储设备的系统，包括：
处理器单元以及本发明任意实施例提供的存储设备，所述处理器单元与所述存储设备中的存储控制器连接。
在上述方案中，所述存储控制器可部署在所述处理器单元所属的设备一侧。
进一步的，所述处理器单元所属的设备可包括：存储服务器、集群服务器、全球广域网服务器、或者数据库服务器。
本发明实施例提供的存储设备及用于访问存储设备的系统，通过在存储控制器和存储模块之间增加交换模块，并且交换模块中可以设置一个上行PCIe接口，将所述储存控制器和所述交换模块进行连接，同时在所述交换模块中设置若干下行PCIe接口，使得多个存储模块通过交换模块和存储控制器可以同时连接在处理器单元上，扩展了处理器单元所能访问的存储模块的数量；通过至少一个所述存储模块分布在所述交换模块的周围，提高了交换模块及其所支持的至少一个存储模块的集成度；采用独立热插拨的方式，使得无需断电就可以单独插拔各个存储模块和交换模块，提高了可维护性，而且可以根据实际存储需要，灵活调整存储模块的数量。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种存储设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种交换模块和多个存储模块的分布方式的平面示意图；
图3为图2所示的交换模块和多个存储模块的分布方式的立体示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种用于访问存储设备的系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于访问存储设备的系统实例的结构示意图。
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元件或具有相同或类似功能的元件。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，而不能解释为对本发明的限制。
实施例一
请参阅图1，为本发明实施例一提供的一种存储设备的结构示意图。该存储设备包括：存储控制器110、交换模块120和存储模块130。
所述存储控制器110用于与处理器单元连接，还用于通过高速外围组件互联(PCIe)接口与所述交换模块120的上行PCIe接口连接；所述交换模块120包括若干下行PCIe接口，用于与至少一个所述存储模块130连接。
相对于存储设备直接连接到处理器单元的PCIe接口的方式而言，由于受PCIe接口数量的限制，使得连接在处理器单元上的存储设备的数量有限，无法扩展。示例性的，假设PCIe接口的数量为1个，则处理器单元最多只能访问1个存储设备。
本实施例通过在所述存储控制器和存储模块之间增加交换模块，所述交换模块上可以设置一个上行PCIe接口，同时设置若干下行PCIe接口，使得多个存储模块通过交换模块可以同时连接在处理器单元上，从而使得处理器单元能够访问多于存储控制器和处理器单元之间的PCIe接口数量的存储模块，扩展了处理器单元所能访问的存储模块的数量。
示例性的，仍以存储控制器和处理器单元之间的PCIe接口数量为1个进行说明，假设交换模块上设置的下行PCIe接口的数量为6个，则使得6存储模块通过交换模块可以同时连接在处理器单元上，从而使得处理器单元能够访问6个存储模块，扩展了处理器单元所能访问的存储模块的数量。
本实施例中，至少一个所述存储模块130分布在所述交换模块120的周围，至少一个所述存储模块130和所述交换模块120均可独立热插拔。
这样设置的好处在于：提高了交换模块及其所支持的至少一个存储模块的集成度；采用独立热插拨的方式，使得无需断电就可以单独插拔各个存储模块和交换模块，提高了可维护性，而且可以根据实际存储需要，灵活调整存储模块的数量。
下面结合一个实例对交换模块和多个存储模块的分布方式进行介绍。
请同时参阅图2和图3，分别为本发明实施例提供的一种交换模块和多个存储模块的分布方式的平面示意图和立体示意图。其中，多个存储模块均为支持NVMe标准的固态硬盘(SSD)，即图2中的NVMe SSD，分布在图2中的PCIe交换模块的周围。所有NVMe SSD和PCIe交换模块均可优选为垂直方向插入(可参阅图3)，把NVMe SSD竖插在PCIe交换模块周围，提高了交换模块可支持的NVMe SSD的数量，使得多个存储模块即NVMe SSD通过PCIe交换模块和存储控制器可以同时连接在处理器单元上，扩展了处理器单元所能访问的存储模块的数量，同时，提高了PCIe交换模块及其所支持的多个存储模块的集成度，另外，揭开上盖(如图3所示)可以独立热插拔各个NVMe SSD和PCIe交换模块，使得无需断电就可以单独插拔各个NVMe SSD和PCIe交换模块，提高了可维护性，而且可以根据实际存储需要，灵活调整NVMeSSD的数量。
下面对所述存储设备包括的各模块的功能进行介绍。
所述存储控制器110用于接收所述处理器单元发送的访问请求，将所述访问请求转换为PCIe格式的访问请求，并通过所述PCIe接口向所述交换模块120发送，所述PCIe格式的访问请求中至少包括所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址。
作为一种具体的实施方式，所述处理器单元发送的访问请求中可至少包括所述处理器单元所要访问的存储模块的标识；该标识用于唯一识别存储模块。
相应的，所述存储控制器110还用于根据所述标识，确定所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，并将所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址携带在所述PCIe格式的访问请求中。
具体的，所述存储控制器110可具体用于根据所述标识，以及标识地址映射关系表，确定所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，其中，所述标识地址映射关系表用于保存至少一个所述存储模块的标识与访问地址的映射关系。
其中，所述交换模块120用于对所接收的所述PCIe格式的访问请求进行解析，得到所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，并根据所述解析得到的访问地址，向所述处理器单元所要访问的存储模块发送所接收的所述PCIe格式的访问请求。这样，根据所述PCIe格式的访问请求，即可实现所述处理器单元对其所要访问的存储模块的访问，如读取所要访问的存储模块中的数据，或者将数据写入所要访问的存储模块中。
需要说明的是，所述处理器单元向存储控制器110发送访问请求时，由于存储控制器110通过所述交换模120块对应着至少一个存储模块130，所述处理器单元向所述控制模块发送的访问请求中有必要包含所述处理器单元所要访问的存储模块的标识，这样，存储器模块110即可根据所述标识确定所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，从而使交换模块120确定所述处理器单元所要访问的存储模块，实现所述处理器单元对所要访问的存储模块的访问。
本实施例的技术方案，通过在存储控制器和存储模块之间增加交换模块，并且交换模块中可以设置一个上行PCIe接口，将所述储存控制器和所述交换模块进行连接，同时在所述交换模块中设置若干下行PCIe接口，使得多个存储模块通过交换模块和存储控制器可以同时连接在处理器单元上，扩展了处理器单元所能访问的存储模块的数量；通过至少一个所述存储模块分布在所述交换模块的周围，提高了交换模块及其所支持的至少一个存储模块的集成度；采用独立热插拨的方式，使得无需断电就可以单独插拔各个存储模块和交换模块，提高了可维护性，而且可以根据实际存储需要，灵活调整存储模块的数量。
在上述方案中，所述存储模块可包括：支持NVMe标准的固态硬盘(SSD)。
这样设置的好处在于：一方面，采用NVMe架构下的存储器可提升性能，可降低延迟超过50％，而且大大降低了功耗；另一方面，该固态硬盘可以作为缓存来使用，与传统硬盘混插构成分级存储，即将不常访问的数据移到传统硬盘，而固态硬盘的存储空间，留给更频繁访问的数据，从而提升了存储性能。
实施例二
请参阅图4，为本发明实施例二提供的一种用于访问存储设备的系统的结构示意图。该系统包括：处理器单元410以及本发明任意实施例提供的存储设备420，所述处理器单元410与所述存储设备420中的存储控制器连接。
对于存储设备420的结构以及各组成部分的连接关系及功能可参阅上述实施例，本实施例对此不再赘述。
本发明实施例提供的用于访问存储设备的系统具备上述实施例提供的存储设备对应的有益效果，不再赘述。
在上述方案中，所述存储控制器可部署在所述处理器单元410所属的设备一侧。
这样部署的好处在于：存储控制器部署在处理器单元所属的设备一侧，多个存储模块可以根据实际存储需要灵活部署在远离所述处理器单元所属的设备的一侧，在实现处理器单元对多个存储模块的远程访问的同时，提升了多个存储模块部署的灵活性。
进一步的，所述处理器单元410所属的设备可包括：存储服务器、集群服务器、全球广域网服务器、或者数据库服务器。
这样设置的好处在于：提升了存储服务器、集群服务器、全球广域网服务器、或者数据库服务器可支持的存储模块的数量。
请参阅图5，为本发明实施例提供的一种用于访问存储设备的系统实例的结构示意图。
该系统包括：处理器单元以及存储设备，该存储设备包括：存储控制器、交换模块(具体为图5中的PCIe交换模块)和存储模块(具体为图5中的多个NVMe SSD)。
所述存储控制器与处理器单元连接，还通过PCIe接口与交换模块的上行PCIe接口连接；交换模块包括若干下行PCIe接口，用于与至少一个所述存储模块连接。也即，每个节点PCIe端口与PCIe交换模块的上行接口相连接，然后从PCIe交换模块的下行端口扩展出若干PCIe端口，并与NVMe SSD相连接。至少一个所述存储模块分布在所述交换模块的周围，且至少一个所述存储模块和所述交换模块均可独立热插拔。
所述系统还可包括：光纤网卡，与所述处理器单元连接，所述光纤网卡用于通过以太网光纤接口接入以太网。
所述系统还可包括：微控制器，用于通过以太网管理接口对所接入的以太网进行管理。
所述系统还可包括操作系统，在软件上，NVMe存储设备的驱动可以直接连接到操作系统的块设备层，以减少访问延时。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可热插拔存储设备，其特征在于，包括：存储控制器、交换模块和存储模块，所述存储控制器用于与处理器单元连接，还用于通过高速外围组件互联PCIe接口与所述交换模块的上行PCIe接口连接；所述交换模块包括若干下行PCIe接口，用于与至少一个所述存储模块连接；至少一个所述存储模块分布在所述交换模块的周围，且至少一个所述存储模块和所述交换模块均可独立热插拔；其中，
所述存储控制器，用于接收所述处理器单元发送的访问请求，将所述访问请求转换为PCIe格式的访问请求，并通过所述PCIe接口向所述交换模块发送，所述PCIe格式的访问请求中至少包括所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址；
所述交换模块，用于对所接收的所述PCIe格式的访问请求进行解析，得到所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，并根据所述解析得到的访问地址，向所述处理器单元所要访问的存储模块发送所接收的所述PCIe格式的访问请求。
2.根据权利要求1所述的存储设备，其特征在于，所述处理器单元发送的访问请求中至少包括所述处理器单元所要访问的存储模块的标识；
相应的，所述存储控制器还用于根据所述标识，确定所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址，并将所述处理器单元所要访问的存储模块的访问地址携带在所述PCIe格式的访问请求中。
3.根据权利要求1或2所述的存储设备，其特征在于，所述存储模块包括：支持快速非易失性存储NVMe标准的固态硬盘SSD。
4.一种用于访问存储设备的系统，其特征在于，包括：
处理器单元以及如权利要求1-3任一所述的存储设备，所述处理器单元与所述存储设备中的存储控制器连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述存储控制器部署在所述处理器单元所属的设备一侧。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器单元所属的设备包括：存储服务器、集群服务器、全球广域网服务器、或者数据库服务器。
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CN104111907A (zh) * 2014-06-27 2014-10-22 华为技术有限公司 一种访问NVMe存储设备的方法和NVMe存储设备

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