CN108829353A - 一种基于NVMe的网络化存储系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及存储系统技术领域，提供一种基于NVMe的网络化存储系统及方法，系统包括用户层、终端、网络存储端和SSD Flash；终端接收用户层接收用户命令和数据，并将用户命令和数据转换为符合NVMe‑OF协议的命令和数据，同时将符合NVMe‑OF协议的命令和数据通过RDMA Fabric网络链路传送给所述网络存储端；网络存储端接收终端发送的符合NVMe‑OF协议的命令和数据，并对命令和数据进行解析，获取所述命令的类型，并依据命令的类型处理数据，实现在终端和网络存储端之间通过硬件逻辑实现，模块化结构清晰，性能高，而且可以方便的集成到存储和加速等系统环境中。

Description

一种基于NVMe的网络化存储系统及方法
技术领域
本发明属于存储系统技术领域，尤其涉及一种基于NVMe的网络化存储系统及方法。
背景技术
非易失性内存主机控制器接口(Non-Volatile Memory express，NVMe)是专门为闪存类存储设计的协议，其可以充分利用PCIe(peripheral component interconnectexpress)通道的低延时以及并行性，极大的提升固态硬盘的读写性能。NVMe over Fabric(NVMe-OF)是在基本NVMe协议上发展而来的一种在网络传输层中承载NVMe功能的规范。传统的NVMe是基于PCIe总线的，只能完成主机与本地存储设备的传输，而NVMe-OF可以构造在其他的传输层协议基础之上，通过网络互联结构，主机可以访问到任何一个存储节点，在例如大型的数据中心中提供了一种高性能的存储方案。
目前，NVMe-OF协议还属于比较初级的阶段，市场上这类产品或者是解决方案较少，又或者通过软件层次实现NVMe-OF功能，这种设计方案通常难以获得较高的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化结构清晰、性能高且可方便集成到存储、加速系统环境的基于NVMe的网络化存储系统。
本发明是这样实现的，一种基于NVMe的网络化存储系统，包括用户层、终端、网络存储端和SSD Flash；
所述终端与所述用户层连接，用于接收所述用户层接收用户命令和数据，并将所述用户命令和数据转换为符合NVMe-OF协议的命令和数据，同时将符合NVMe-OF协议的命令和数据通过RDMA Fabric网络链路传送给所述网络存储端；
所述网络存储端通过所述RDMA Fabric网络链路终端连接，同时与所述SSDFlash连接，用于接收所述终端发送的符合NVMe-OF协议的命令和数据，并对所述命令和数据进行解析，获取所述命令的类型，并依据所述命令的类型处理数据。
作为一种改进的方案，所述终端包括第一RDMA收发模块、第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器，所述第一RDMA收发模块均与所述第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器连接，所述处理模块均与所述第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器连接；
所述处理模块接，用于收所述用户层发送的命令请求，并将所述命令请求转换为符合所述NVMe-OF协议的命令，并将符合所述NVMe-OF协议的命令发送在第一SQ中，同时将所述第一CQ中的完成报文命令转换为用户层可查看的命令，反馈给所述用户层；
所述第一RDMA收发模块，用于将所述第一SQ中的命令转发给所述网络存储端，并接收所述网络存储端反馈的完成报文命令，将接收到的所述完成报文命令转存在所述第一CQ中。
作为一种改进的方案，所述网络存储端包括第二RDMA收发模块、第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器，所述第二RDMA收发模块均与所述第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器连接，所述控制模块均与所述第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器连接；
所述第二RDMA收发模块，用于接收所述第一RDMA收发模块发送的命令，将所述第一RDMA收发模块发送的命令存储在所述第二SQ中，同时接收所述第二CQ发送的完成报文命令，并将所述完成报文命令发送给所述第一RDMA收发模块；
所述控制模块，用于对所述第二SQ中的命令进行解析，并按照所述命令执行对应的数据处理动作，当执行完成后，生成完成报文命令，并将生成的所述完成报文命令存储在所述第二CQ。
作为一种改进的方案，所述命令包括Fabric命令、Admin命令和IO命令；
所述Fabric命令用于完成所述终端与所述网络存储端之间的网络连接，所述Admin命令进行包含日志、属性在内的内容的管理，所述IO命令用于实现读写功能。
本发明的另一目的在于提供一种基于基于NVMe的网络化存储方法，所述方法包括下述步骤：
终端的第一RDMA收发模块启动Post Send，向第二RDMA收发模块发送一个写命令；
所述第二RDMA收发模块接收到所述写命令后，向所述第一RDMA收发模块返回一个响应ACK；
当接收到所述响应ACK后，所述终端释放掉第一RDMA收发模块对应的RDMA队列中相应的空间；
对所述写命令进行解析，剥离得到NVMe-OF命令，并将得到的所述NVMe-OF命令放入第二SQ；
控制模块从所述第二SQ中获取所述NVMe-OF命令，并解析；
当所述NVMe-OF命令为写命令时，在数据存储器内分配一片空间用于数据存储；
通过所述第二RDMA收发模块启动Post Send，向所述第一RDMA收发模块发送一个读数据命令；
从所述终端的终端存储器中读取与所述读数据命令相匹配的数据；
控制模块控制将读取到的数据存储到SSD Flash中；
当数据写入完成后，控制模块将完成报文命令放入第二CQ中；
第二RDMA收发模块从所述第二CQ中取得完成报文命令，并启动Post Send，向所述第一RDMA收发模块发送所述完成报文命令；
所述第一RDMA收发模块在接收到所述完成报文命令时，向所述第二RDMA收发模块返回一个响应ACK；
当接收到所述第一RDMA收发模块反馈的响应ACK时，所述网络存储端释放掉第二RDMA收发模块对应的RDMA队列中相应的空间；
所述终端的处理模块接收到完成报文命令后，将释放掉所述数据对应的内存空间。
在本发明实施例中，基于NVMe的网络化存储系统包括用户层、终端、网络存储端和SSD Flash；终端接收用户层接收用户命令和数据，并将用户命令和数据转换为符合NVMe-OF协议的命令和数据，同时将符合NVMe-OF协议的命令和数据通过RDMA Fabric网络链路传送给所述网络存储端；网络存储端通过RDMAFabric网络链路终端连接，同时与SSD Flash连接，用于接收终端发送的符合NVMe-OF协议的命令和数据，并对命令和数据进行解析，获取所述命令的类型，并依据命令的类型处理数据，实现在终端和网络存储端之间通过硬件逻辑实现，模块化结构清晰，性能高，而且可以方便的集成到存储和加速等系统环境中。
附图说明
图1和图2分别是本发明提供的基于NVMe的网络化存储系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的基于NVMe的网络化存储系统的结构框图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。
基于NVMe的网络化存储系统包括用户层、终端、网络存储端和SSD Flash；
所述终端与所述用户层连接，用于接收所述用户层接收用户命令和数据，并将所述用户命令和数据转换为符合NVMe-OF协议的命令和数据，同时将符合NVMe-OF协议的命令和数据通过RDMA Fabric网络链路传送给所述网络存储端；
所述网络存储端通过所述RDMA Fabric网络链路终端连接，同时与所述SSD Flash连接，用于接收所述终端发送的符合NVMe-OF协议的命令和数据，并对所述命令和数据进行解析，获取所述命令的类型，并依据所述命令的类型处理数据。
其中，终端和网络存储端通过FPGA硬件连接实现，通过RDMA Fabric网络互联。系统可以使用模块化的结构构建。
如图2所示，终端包括第一RDMA收发模块、第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器，所述第一RDMA收发模块均与所述第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器连接，所述处理模块均与所述第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器连接；
所述处理模块接，用于收所述用户层发送的命令请求，并将所述命令请求转换为符合所述NVMe-OF协议的命令，并将符合所述NVMe-OF协议的命令发送在第一SQ中，同时将所述第一CQ中的完成报文命令转换为用户层可查看的命令，反馈给所述用户层；
所述第一RDMA收发模块，用于将所述第一SQ中的命令转发给所述网络存储端，并接收所述网络存储端反馈的完成报文命令，将接收到的所述完成报文命令转存在所述第一CQ中。
如图2所示，网络存储端包括第二RDMA收发模块、第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器，所述第二RDMA收发模块均与所述第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器连接，所述控制模块均与所述第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器连接；
所述第二RDMA收发模块，用于接收所述第一RDMA收发模块发送的命令，将所述第一RDMA收发模块发送的命令存储在所述第二SQ中，同时接收所述第二CQ发送的完成报文命令，并将所述完成报文命令发送给所述第一RDMA收发模块；
所述控制模块，用于对所述第二SQ中的命令进行解析，并按照所述命令执行对应的数据处理动作，当执行完成后，生成完成报文命令，并将生成的所述完成报文命令存储在所述第二CQ。
在本发明实施例中，上述内容涉及的命令包括Fabric命令、Admin命令和IO命令；
所述Fabric命令用于完成所述终端与所述网络存储端之间的网络连接，所述Admin命令进行包含日志、属性在内的内容的管理，所述IO命令用于实现读写功能。
在本发明实施例中，SQ和CQ分别是命令发送队列和命令接收队列，其本质就是一块用于缓存命令的空间，在终端和网络存储端中均存在。
为了便于说明，下述给出当命令为写命令时，其具体的实现过程：
(1)终端的第一RDMA收发模块启动Post Send，向第二RDMA收发模块发送一个写命令；
(2)第二RDMA收发模块接收到所述写命令后，向所述第一RDMA收发模块返回一个响应ACK；
(3)当接收到所述响应ACK后，所述终端释放掉第一RDMA收发模块对应的RDMA队列中相应的空间；
(4)对所述写命令进行解析，剥离得到NVMe-OF命令，并将得到的所述NVMe-OF命令放入第二SQ；
(5)控制模块从所述第二SQ中获取所述NVMe-OF命令，并解析；
(6)当所述NVMe-OF命令为写命令时，在数据存储器内分配一片空间用于数据存储；
(7)通过所述第二RDMA收发模块启动Post Send，向所述第一RDMA收发模块发送一个读数据命令；
(8)从所述终端的终端存储器中读取与所述读数据命令相匹配的数据；
(9)控制模块控制将读取到的数据存储到SSD Flash中；
(10)当数据写入完成后，控制模块将完成报文命令放入第二CQ中；
(11)第二RDMA收发模块从所述第二CQ中取得完成报文命令，并启动PostSend，向所述第一RDMA收发模块发送所述完成报文命令；
(12)第一RDMA收发模块在接收到所述完成报文命令时，向所述第二RDMA收发模块返回一个响应ACK；
(13)当接收到所述第一RDMA收发模块反馈的响应ACK时，所述网络存储端释放掉第二RDMA收发模块对应的RDMA队列中相应的空间；
(14)终端的处理模块接收到完成报文命令后，将释放掉所述数据对应的内存空间。
上述仅仅给出了写命令的具体实现，其它命令的实现过程基本相同，在此不再赘述。
在本发明实施例中，基于NVMe的网络化存储系统包括用户层、终端、网络存储端和SSD Flash；终端接收用户层接收用户命令和数据，并将用户命令和数据转换为符合NVMe-OF协议的命令和数据，同时将符合NVMe-OF协议的命令和数据通过RDMA Fabric网络链路传送给所述网络存储端；网络存储端通过RDMA Fabric网络链路终端连接，同时与SSD Flash连接，用于接收终端发送的符合NVMe-OF协议的命令和数据，并对命令和数据进行解析，获取所述命令的类型，并依据命令的类型处理数据，实现在终端和网络存储端之间通过硬件逻辑实现，模块化结构清晰，性能高，而且可以方便的集成到存储和加速等系统环境中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于NVMe的网络化存储系统，其特征在于，包括用户层、终端、网络存储端和SSDFlash；
所述终端与所述用户层连接，用于接收所述用户层接收用户命令和数据，并将所述用户命令和数据转换为符合NVMe-OF协议的命令和数据，同时将符合NVMe-OF协议的命令和数据通过RDMA Fabric网络链路传送给所述网络存储端；
所述网络存储端通过所述RDMA Fabric网络链路终端连接，同时与所述SSDFlash连接，用于接收所述终端发送的符合NVMe-OF协议的命令和数据，并对所述命令和数据进行解析，获取所述命令的类型，并依据所述命令的类型处理数据。
2.根据权利要求1所述的基于NVMe的网络化存储系统，其特征在于，所述终端包括第一RDMA收发模块、第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器，所述第一RDMA收发模块均与所述第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器连接，所述处理模块均与所述第一SQ、第一CQ、处理模块和终端存储器连接；
所述处理模块接，用于收所述用户层发送的命令请求，并将所述命令请求转换为符合所述NVMe-OF协议的命令，并将符合所述NVMe-OF协议的命令发送在第一SQ中，同时将所述第一CQ中的完成报文命令转换为用户层可查看的命令，反馈给所述用户层；
所述第一RDMA收发模块，用于将所述第一SQ中的命令转发给所述网络存储端，并接收所述网络存储端反馈的完成报文命令，将接收到的所述完成报文命令转存在所述第一CQ中。
3.根据权利要求2所述的基于NVMe的网络化存储系统，其特征在于，所述网络存储端包括第二RDMA收发模块、第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器，所述第二RDMA收发模块均与所述第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器连接，所述控制模块均与所述第二SQ、第二CQ、控制模块和数据存储器连接；
所述第二RDMA收发模块，用于接收所述第一RDMA收发模块发送的命令，将所述第一RDMA收发模块发送的命令存储在所述第二SQ中，同时接收所述第二CQ发送的完成报文命令，并将所述完成报文命令发送给所述第一RDMA收发模块；
所述控制模块，用于对所述第二SQ中的命令进行解析，并按照所述命令执行对应的数据处理动作，当执行完成后，生成完成报文命令，并将生成的所述完成报文命令存储在所述第二CQ。
4.根据权利要求3所述的基于NVMe的网络化存储系统，其特征在于，所述命令包括Fabric命令、Admin命令和IO命令；
所述Fabric命令用于完成所述终端与所述网络存储端之间的网络连接，所述Admin命令进行包含日志、属性在内的内容的管理，所述IO命令用于实现读写功能。
5.一种基于权利要求1所述的基于NVMe的网络化存储方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
终端的第一RDMA收发模块启动Post Send，向第二RDMA收发模块发送一个写命令；
所述第二RDMA收发模块接收到所述写命令后，向所述第一RDMA收发模块返回一个响应ACK；
当接收到所述响应ACK后，所述终端释放掉第一RDMA收发模块对应的RDMA队列中相应的空间；
对所述写命令进行解析，剥离得到NVMe-OF命令，并将得到的所述NVMe-OF命令放入第二SQ；
控制模块从所述第二SQ中获取所述NVMe-OF命令，并解析；
当所述NVMe-OF命令为写命令时，在数据存储器内分配一片空间用于数据存储；
通过所述第二RDMA收发模块启动Post Send，向所述第一RDMA收发模块发送一个读数据命令；
从所述终端的终端存储器中读取与所述读数据命令相匹配的数据；
控制模块控制将读取到的数据存储到SSD Flash中；
当数据写入完成后，控制模块将完成报文命令放入第二CQ中；
第二RDMA收发模块从所述第二CQ中取得完成报文命令，并启动Post Send，向所述第一RDMA收发模块发送所述完成报文命令；
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所述终端的处理模块接收到完成报文命令后，将释放掉所述数据对应的内存空间。
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