WO2015033384A1 - Ｉ／ｏデバイスの仮想化のためのコンピュータシステム及びその運用方法並びにｈｕｂ装置 - Google Patents

Ｉ／ｏデバイスの仮想化のためのコンピュータシステム及びその運用方法並びにｈｕｂ装置 Download PDF

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WO2015033384A1
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WO
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internal slot
computer system
computer
signal
pci
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PCT/JP2013/073637
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French (fr)
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中山　秀人
岩澤　剣太郎
Original Assignee
株式会社アキブシステムズ
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    • G06F2009/45579—I/O management, e.g. providing access to device drivers or storage

Definitions

  • the present invention relates to a virtualization technology for computer I / O devices (input / output devices).
  • server systems that are widely used today are widely virtualized. That is, so-called server virtualization.
  • This server virtualization can improve the utilization efficiency of physical resources on the server side.
  • an arbitrary virtual server may need to be connected to an arbitrary network according to a user request.
  • an individual physical I / O is often provided from the viewpoint of security, resulting in an increase in I / O.
  • a dedicated I / O may be required to manage the virtual environment.
  • the first improved conventional technology may be related to storage sharing and virtualization. It aims to improve the operating rate of storage by sharing and virtualizing storage.
  • Patent Document 1 described later.
  • the second improved conventional technique is a technique for sharing an I / O adapter from a plurality of computers (Patent Documents 2 and 3, etc.) and a technique for performing DMA using a virtual address (Patent Document 4).
  • network virtualization is known as a third improved prior art.
  • Patent Literature 1 discloses a technology for sharing storage by dividing the storage by a virtualization function.
  • Patent Document 2 discloses a technology for virtualizing a USB adapter.
  • Patent Document 3 discloses a technology in which a plurality of logical partitions share one input / output adapter.
  • Patent Document 4 discloses an I / O-HUB that accepts DMA. This HUB has a function of determining whether or not to convert a requested virtual address of a DMA into a physical address. *
  • the inventor of the present application considered that it is preferable to realize “virtualization of I / O” in order to fundamentally solve the problem of I / O under the background described above.
  • the present invention has been made based on such a background, and an object thereof is to provide an apparatus and a method for easily realizing “virtualization of I / O”.
  • the inventor of the present application has developed a network using PCI-Express and has applied for a patent separately.
  • a HUB device for PCI-Express has also been developed, and a plurality of PCs can configure the network via the HUB.
  • This HUB device has already received a patent registration (Japanese Patent No. 5069079).
  • Such a network via a PCI-Express HUB realizes a network by running a network protocol on the PCI-Express. Therefore, the PCI-Express internal slot (expansion slot) of one PC can be viewed directly from the other PC via PCI-Express, so I / O can be easily virtualized.
  • the inventor of the present application has thought.
  • the HUB device is basically a device that attempts to connect to the network using the interface of the internal slot of the PC. However, it is also preferable to use the HUB device only for I / O virtualization without performing a network connection (for example, Ethernet (registered trademark)).
  • a network connection for example, Ethernet (registered trademark)
  • the present invention adopts the following configuration.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and includes a HUB device having a plurality of ports, and at least one computer connected to the ports, and is a virtual I / O.
  • the computer system includes a dedicated NIC device that is connected to an internal slot inside the computer and connects the internal slot and the port, and the HUB device is a signal of the internal slot.
  • the present invention is the computer system according to the above (1), wherein the internal slot is PCI-Express.
  • the computer includes storage means for holding information on an I / O device provided in another computer other than the computer system.
  • the information on the I / O device includes at least address information of an I / O device provided in a computer other than the computer. It is a computer system characterized by the above.
  • the dedicated NIC device includes a first internal slot connector, a second internal slot connector, the first internal slot connector, and a first internal slot connector.
  • Switching means connected to two internal slot connectors, wherein the switch means outputs a signal input from the first internal slot to the second internal slot and from the second internal slot.
  • the computer system is characterized in that an input signal is output to the first internal slot.
  • a transmission FIFO for storing the signal data is connected to a reception FIFO for storing the signal when the signal input from the second internal slot is output to the first internal slot.
  • the internal slot is PCI-Express
  • the switch means takes out a predetermined address from the TLP input from any of the ports
  • the computer system is characterized in that a destination is determined based on the predetermined address, and the input TLP is sent to the destination port.
  • a first step of creating a first device list by starting a BIOS of the one or more computers, and the HUB A second step of activating the BIOS of the apparatus to create a second device list, and combining the first device list and the second device list to create a third device list
  • a computer system operating method comprising: a step; and a third step in which the OS uses the third device list.
  • the internal slot is PCI Express
  • the switch means in the HUB device takes out a predetermined address from the TLP.
  • the computer system operating method is characterized in that a destination is determined based on the predetermined address and the inputted TLP is transmitted to the destination port.
  • the present invention is the computer system according to (3) or (4) above, wherein the I / O device information is a device list created by the BIOS. .
  • the present invention is the dedicated NIC device used in the computer system according to (1), wherein the switch means switches the same signal as the signal of the internal slot. And the switch means inputs and outputs the same signal as the signal of the internal slot through the port.
  • the dedicated NIC device in the dedicated NIC device according to (11), the first internal slot connector, the second internal slot connector, the first internal slot connector, and the second internal slot connector Switching means for connecting to the first internal slot, wherein the switch means outputs the signal input from the first internal slot to the second internal slot, and the signal input from the second internal slot.
  • the dedicated NIC device outputs to the first internal slot.
  • the present invention provides the dedicated NIC device according to (12), wherein the switch means outputs a signal input from the first internal slot to the second internal slot.
  • the transmission FIFO for storing the signal data is connected to the reception FIFO for storing the signal when the signal input from the second internal slot is output to the first internal slot.
  • This is a dedicated NIC device.
  • the present invention provides the HUB device used in the computer system described in (1) above, wherein the internal slot is PCI-Express, and the switch means is a predetermined unit based on a TLP input from any of the ports.
  • the HUB device is characterized in that a destination is determined based on the predetermined address, and the input TLP is transmitted to the destination port.
  • the HUB apparatus that includes the switch means and can be connected to the other PC via the switch is used, the I / O device included in the other PC is included. It is possible to build information on I / O devices. Typically, it is possible to build a device list with such content. As a result, I / O devices of other PCs can be handled as I / O devices provided in their PCs, and so-called I / O virtualization can be realized.
  • the other computer since the information related to the I / O device is provided to another computer, the other computer recognizes the I / O device provided in the other PC as an I / O device provided in its own computer. Therefore, virtualization of the I / O device can be realized between two or more connected computers.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a general configuration using PCI-Express.
  • FIG. 3 is a configuration diagram when a computer using PCI-Express is connected. It is a block diagram of the dedicated NIC device. It is a flowchart showing the starting flow of the system in the case of performing I / O virtualization.
  • I / O virtualization can be easily realized by using this mechanism in a system that configures a network using an internal slot interface of a PC.
  • PCI-Express TLP 2. About Ethernet frame 3. Method of mounting EtherNet frame on PCI-Express Configuration of HUB Configuration of computer using PCI-Express 6. Structure when a network is configured using a HUB device Realization of I / O virtualization Eighth Summary / Modification Regarding the first PCI-Express TLP
  • a TLP Transaction Layer Packet
  • the TLP main body 100 includes a TLP header 102 and a data portion 104.
  • ECRC Transaction Layer Packet
  • the TLP header 102 may be simply referred to as the header 102.
  • the data part 104 is often referred to as “payload”.
  • payload In general, 256 kbytes is widely used for the data portion. According to the standard, the data portion can be expanded to 4 kbytes (4096 bytes), but few devices that support it are known. In general, the data part is often 256 bytes.
  • the TLP body 100 in the transaction layer is passed to the data link layer on the transmission side.
  • a sequence number 106 and an LCRC 108 are added.
  • the data link layer packet 110 is formed (see FIG. 1).
  • the data link layer packet 110 is transferred from the data link layer to the physical layer.
  • the data link layer packet 110 is added with a start frame 114 and an end frame 116 in the physical layer to form a physical layer packet 108.
  • the data link layer packet 110 excluding the start frame 114 and the end frame 116 is generated and sent to the data link layer.
  • the data link layer that has received the transmitted data (data link layer packet 110) from the physical layer checks the sequence number 106 and the LCRC 108 and passes the TLP body 100 excluding these to the transaction layer.
  • the transaction layer on the receiving side analyzes the data (TLP main body 100) received from the data link layer, extracts the data according to the command type, and passes it to the software layer.
  • a command type, a dress, and the like are stored in the TLP header 102.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of an example of an EtherNet frame 200.
  • EtherNet registered trademark
  • EtherNet includes a destination address 202 and a source address 204, which are so-called MAC addresses (physical address 48 bits unique to the device). is there.
  • MAC addresses physical address 48 bits unique to the device.
  • These addresses and type 206 are combined to form an Ethernet header part (14 bits).
  • the type 206 field is often used as a VLAN.
  • the Ethernet frame 200 further includes a data part (46 to 1500 bytes) 208 and a CRC 210.
  • a large frame of up to about 8000 bytes is often used as the Ethernet frame 200 depending on the type of configuration.
  • the EtherNet frame is placed on the third PCI-Express.
  • a characteristic feature of this embodiment is that the Ethernet frame shown in FIG. 2 is stored in the PCI-Express data section 104 of FIG. Due to such a feature, EtherNet (registered trademark) communication can be performed on PCI-Express.
  • EtherNet registered trademark
  • one of the characteristic features of this embodiment is that when an EtherNet (registered trademark) frame is large, it is divided and stored in a plurality of PCI-Express. Accordingly, even a large-size EtherNet (registered trademark) frame such as a jumbo frame can be stored in the PCI-Express frame.
  • EtherNet registered trademark
  • FIG. 1 A block diagram of the configuration of the HUB device 300 is shown in FIG. 1
  • the HUB device 300 includes five ports 320a, 320b, 320c, 320d, and 320e. These ports 320a to 320e are PCI-Express ports.
  • the PCI-Express ports 320a to 320e are configured to be usable as network ports.
  • the HUB device 10 of FIG. 3 switches between these ports 320a to 320e and realizes high-speed communication between the ports 320.
  • settings relating to various operations of the HUB device 300 can be made in advance by connecting a host computer to the HUB device 300.
  • the host computer is a computer provided with application software for managing the operation of the HUB device 10.
  • PCI-Express is known as the internal bus of computers.
  • one or more internal bus connection ports may be provided in the computer.
  • the connection port is sometimes referred to as an “internal slot”.
  • PCI Express when a signal of the internal slot is pulled out to the outside, this may be particularly called “port”.
  • the “port” is also similar in signal to the internal slot of the PCI-Express, and each connection port in the “switch” is called a “port” here.
  • FIG. 4 shows an example of a general configuration of a computer equipped with a computer.
  • PCI-Express is one of the internal bus standards. In the present embodiment, a description will be given mainly focusing on the case where PCI Express is used as the internal bus.
  • RC root complex
  • switches 420a, 420b, and 420c may be provided so as to further increase the required number of ports. These switches 420 may be connected in multiple stages because of the required number of ports (see FIG. 4).
  • the I / O device is called an end point and is connected to the switch 420a, the switch 420b, or the like.
  • ⁇ represents a PCI-Express port.
  • a PCI-Express port can be provided with a so-called bridge that performs protocol conversion with other buses.
  • a PCI bridge 436 that performs protocol conversion with a PCI bus that is a conventional bus is illustrated. With this bridge, conversion from PCI Express to PCI bus can be performed.
  • FIG. 4 is drawn centering on PCI-Express, and actually includes storage means such as a hard disk in addition to the memory (see FIG. 4).
  • a display device is connected to the PCI-Express graphics (see FIG. 4), and a mouse, a keyboard (not shown), etc. are connected to the system bus (FIG. 4) via a predetermined interface. Connected).
  • FIG. 5 shows an example using a HUB device 500 provided with a switch in the same manner as the HUB device 300 described above.
  • the HUB device 300 and the HUB device 500 are substantially the same in terms of function and function, although there are formal differences such as the number of ports being different (4 or 5).
  • the 5 includes a CPU 510, an RC (root complex 520, and a switch (PCI-Express switch) 530.
  • the switch 530 includes four ports 540a, 540b, 540c, and 540d. 5 can be connected to four PCs (personal computers, which may be referred to as “PCs” in the text) in FIG. 5. In FIG. 5, four PCs (PC-A, PC-B, PC-C, PC-D) are connected.
  • the switch 530 is a PCI-Express switch that is an internal slot (internal bus), and corresponds to a preferred example of the switch means in the claims.
  • This switch means determines a destination (PC) of a PCI-Express signal input from a certain port 540 based on a predetermined control rule, and sends it to any one of the ports 540 that are the destination. For example, when an Ethernet frame or the like is inserted into PCI-Express as described above, various addresses (for example, MAC addresses) in the Ethernet frame are extracted, and a destination is determined based on the extracted addresses. Is also preferable.
  • Such control rules are preferably stored in the table 350 or the like, and are preferably stored and set in the switch 530.
  • FIG. 5 shows an example in which the PC-A 600 is connected to the port 540a and the PC-A 700 is connected to the port 540b.
  • PC-C and PC-D are also connected, but are not shown because they are the same as PC-A600 and PC-B700.
  • the PC-A 600 includes a CPU 610 and an RC (root complex) 620 connected thereto.
  • the RC 620 is provided with a switch (PCI-Express switch) 630, and the switch 630 includes ports 640a, 640b, 640c, and 640d.
  • PCI-Express switch PCI-Express switch
  • the GPU 650 which is a kind of I / O is connected to the port 640a.
  • An HD 660 is connected to the port 640d as a kind of I / O.
  • the port 640d is provided with a dedicated NIC device 670.
  • This dedicated NIC is a device similar to the dedicated NIC device described in Japanese Patent Application No. 2007-263197, and includes a buffer for storing data and means for transmitting data at a predetermined timing, and a PCI-Express signal is transmitted. It is a device that can relay.
  • FIG. 5 a system composed of one or more or a plurality of PCs (personal computers) connected to the HUB device 500 as a center is shown.
  • This is a “computer system” in the claims. It corresponds to a suitable example of.
  • the PC-A 600, PC-B 700, etc., which are individual PCs in FIG. 5, correspond to a preferred example of the “computer” in the claims.
  • the dedicated NIC device 800 has the same configuration as the dedicated NIC devices 670 and 770, although the numbers are different for convenience.
  • the dedicated NIC device has a MAC address.
  • the dedicated NIC device 800 includes two PCI-Espress connectors 840a and 840b, and is configured to connect two PCI-Espress internal slots (also called internal ports). .
  • a PCI-Express switch is disposed between the two PCI-Epress connectors 840a and 840b so that data can be transmitted and received in both directions (see FIG. 6).
  • this dedicated NIC device can connect PCI-Express belonging to different systems. Therefore, in order to transmit and receive data between different systems, a transmission FIFO 820 and a reception FIFO 830 are provided as shown in FIG. As a result, the transmission FIFO 820 can hold data for transmission until the preparation of the transmission destination computer is completed, and data can be transmitted between different systems. Similarly, the reception FIFO 830 can hold reception data until the reception destination computer is ready, and data can be received between different systems. It should be noted that transmission and reception are similar operations only in different directions. For convenience, transmission refers to the case where data is transmitted to the PCI-Express connector 840b side. The reception means a case where data is sent to the PCI-Express connector 840a side.
  • I / O virtualization can be performed by such connection by the HUB device 500.
  • the flow of operations / processes after the activation of this system will be described in order below.
  • a flowchart showing the flow of the processing is shown in FIG. The flow of these series of processes is a process for enabling the computer system to realize I / O virtualization, and should be called a computer system operation method.
  • step 1 step S7-1 in FIG. 7
  • the PC group other than the HUB device 500 is turned on and started. That is, the PC-A 600 and PC-B 700 are activated. If they exist, PC-C and PC-D (see FIG. 5) are also activated simultaneously.
  • the BIOS is activated when the PC-A 600 and the PC-B 700 are activated.
  • the BIOS checks an I / O device provided in the computer, creates a so-called device list, and stores it in an internal hard disk (not shown) or memory (not shown). That is, the BIOS of the PC-A 600 is activated, and a minimum PC-A device list XA is created.
  • a minimum PC-B device list XB is created.
  • minimum generally includes storage such as VGA, network-related interface, and HD (hard disk). However, there is a case where VGA is not necessary. In addition to hard disks, various storages have been widely used in recent years. Therefore, the device list is not particularly limited, and any device list may be used as long as a device list for the PC can be created.
  • This step 1 corresponds to step S7-1 in FIG.
  • Step 2 Step S7-2 in FIG. 7
  • the HUB device 500 is powered on and activated.
  • the HUB device 500 according to the present embodiment also includes a CPU 510 and is a kind of computer.
  • the BIOS is activated as in a normal computer.
  • BIOS When the BIOS is activated, various peripheral devices and various I / Os are checked, and necessary initialization and configuration (acquisition of information and confirmation of availability) are performed. At this time, the connected I / O is confirmed through the root complex.
  • the peripheral device is detected and initialized, and the peripheral device becomes usable.
  • POST Power ON Self Test
  • hardware resources I / O address, memory, IRQ, etc.
  • a list of devices that have been detected and assigned is stored as a device list, and this device list is used later by the OS.
  • the device list is stored in a hard disk (not shown) or a memory (not shown) in the HUB device 500. That is, the BIOS of the HUB device 500 is activated, and the device list Y of the HUB device 500 is created.
  • Step 3 Step S7-3 in FIG. 7
  • the boot loader of the PC-A 600 is activated, and the device list XA, XB and the device list Y of the HUB device 500 are combined to create a new device list Z.
  • the device list Z is created by combining the XA, XB and the device list Y of the HUB device 500.
  • the device list Z includes I / O devices of other PCs. Therefore, the I / O device of another PC can be handled as if it is an I / O device of its own PC, and so-called I / O virtualization can be realized.
  • This processing / operation corresponds to step S7-3 in FIG.
  • Step 4 (Step S7-4 in FIG. 7)
  • the OS and applications started from the OS use the created device list Y.
  • I / O virtualization can be realized.
  • This process corresponds to step S7-4 in FIG.
  • I / O device information is stored in a memory (see FIG. 4), a hard disk (see FIG. 5), or the like.
  • the memory and the hard disk correspond to a preferable example of the storage means in the claims.
  • the I / O device information is used as a conventionally used device list, but it is also preferable that the information is stored in the memory or the hard disk as completely independent other information. It is.
  • I / O devices and other PCs that you have A device list including the provided I / O devices is constructed.
  • Each PC or the like of the present embodiment based on this device list, stores information on I / O devices that can be accessed from each PC (mainly information on addresses (also called I / O memory addresses, I / O addresses, etc.)). Have acquired.
  • each PC can recognize an accessible I / O device that is an I / O device other than the I / O device provided in its own PC.
  • I / O devices in other PCs are provided on their own PC (PC-A 600) by performing normal I / O access through the dedicated NIC device 670. It is possible to access as if the I / O device. Further, for example, by accessing the HD 760 on the PC-B 700 via the dedicated NIC device 670, it is possible to access from the software as if it were the HD provided in its own PC-A 600. it can.
  • the PCI-Express TLP may include various addresses (MAC address, etc.) such as an Ethernet frame. It is also preferable to determine the destination by the address.
  • the I / O device may have a MAC address, and it is also preferable to determine a destination using the MAC address.
  • various addresses such as a device ID or information similar thereto.
  • the destination control based on the information of the device list constructed by the BIOS is executed by the switch 530 of the HUB device 500.
  • the switch 530 can send various I / O commands to a predetermined PC.
  • the device list information used by the OS is also preferably distributed to other newly installed PCs at the OS level or application level. is there.
  • the HUB device 500 creates a device list by referring to an I / O device that can be used for each PC based on the device list created by the BIOS.
  • the destination control is performed by the switch 530 of the HUB device 500.
  • Such information setting for the switch 530 is preferably executed at the OS level or the application level in the HUB 500.
  • the switch 530 can send various I / O commands in a predetermined direction (destination).
  • the HUB device 500 is also a kind of PC (personal computer), and has an I / O device inside thereof, which is also listed in the device list. . That is, from the viewpoint of the HUB device 500 (CPU), since the I / O devices provided in all PCs are “visible”, they can be recognized as I / O devices provided in their own PCs. As a result, it is possible to list them in the device list.
  • PC personal computer
  • the information on accessible I / O devices provided to each PC includes I / O devices located in the HUB device 500.
  • the PC-A 600 accesses an I / O device (eg, HD (hard disk)) in the HUB device 500 as if it were an I / O device provided in the PC-A 600. Is possible.
  • I / O device eg, HD (hard disk)
  • the PC-A 600 and the like combine the device lists generated by the BIOS to generate a device list and realize I / O virtualization (FIG. 7, S7-3). It is also preferable to create a unique I / O device information list for each application. Since the data of the existing device list is not modified, it is possible to reduce the influence on an application for which virtualization is not particularly necessary. In addition, since it is possible to build an information list of I / O devices specialized for applications that require virtualization, it is easy to make a dedicated design, and it is considered easy to improve performance.
  • a so-called programmable switch with a built-in setting memory. After the predetermined setting information is stored in the memory in the switch, the switch appropriately sends various commands to the predetermined port based on the setting information.
  • PCI-Express which is one type of internal slot of the computer, is employed, and an example using a PCI-Express switch (530, etc.) is shown.
  • any internal slot in which the switch can be used can be used.
  • PCI-Express having a high data transfer rate is used.
  • an internal slot with a higher speed is developed in the future, it is also preferable to use the internal slot.
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Abstract

Ｉ／Ｏの仮想化を容易に実現するシステム及び関連装置を提供する。　ＰＣの内部スロット（例えばＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの内部スロット）のスイッチを備え、他のＰＣの内部スロット同士を接続しうるＨＵＢ装置を構成する。このＨＵＢ装置を中心として１個以上のＰＣを接続したコンピュータシステムによれば、各ＰＣから他のＰＣのＩ／Ｏデバイスが、内部スロットのスイッチを介して互いに「見える」状態となる。従って、まず、互いのＩ／Ｏデバイスを含めたデバイスリストを作成し、次に、ＯＳがそのデバイスリストを使用する。この結果、Ｉ／Ｏの仮想化を容易に実現することができる。

Description

Ｉ／Ｏデバイスの仮想化のためのコンピュータシステム及びその運用方法並びにＨＵＢ装置
　本発明は、コンピュータのＩ／Ｏデバイス（入出力装置）の仮想化技術に関する。
　今日、広く用いられているサーバーシステムにおいては、広く仮想化が行われている。すなわち、いわゆるサーバの仮想化である。このサーバの仮想化は、サーバ側の物理リソースの利用効率を向上させることが可能となっている。
　しかしながら、サーバ側（ＣＰＵ側）の利用効率が向上した結果、Ｉ／Ｏ（入出力装置）側の負担が増大し、より一層の複雑化を招いているという問題が提示されている。
　例えば、ユーザーの要求によって、任意の仮想サーバを任意のネットワークに接続する必要が生じる場合がある。この場合、セキュリティ上の観点から個別の物理的なＩ／Ｏを設けることも多く、Ｉ／Ｏの増大を招いている。
　また、例えば、仮想サーバの格納のため、ストレージの共有化が必要であるが、この結果、イーサネット（登録商標）やユーザの要求に応じてファイバーチャネル等も設ける必要があり、一層、多様な物理的なＩ／Ｏを増やす必要があり、システムが複雑化しがちである。
　また、例えば、仮想環境を管理するために専用のＩ／Ｏを必要とする場合もある。
　また、例えば、サーバの仮想化によってサーバの利用効率が向上した結果、Ｉ／Ｏが消費する帯域が増えてしまい、その結果、Ｉ／Ｏバスの帯域幅が今日のコンピュータシステムのボトルネックとなる場合も見受けられる。
　改良された従来の技術
　このようなＩ／Ｏの問題を解消するため、種々の技術が開発されている。
　第１の改良された従来技術は、ストレージの共有化・仮想化に関する技術が挙げられよう。ストレージを共有化、仮想化することによって、ストレージの稼働率を向上させようとするものである。
　このような技術としては、後述する特許文献１等が挙げられる。
　第２の改良された従来の技術は、Ｉ／Ｏアダプタを複数のコンピュータから共有する手法（特許文献２、３等）や、仮想アドレスを用いたＤＭＡを行う手法（特許文献４）である。
　また、第３の改良された従来技術として、ネットワークの仮想化等が知られている。
　しかしながら、これらの手法では、ストレージやＵＳＢ等の部分的な効率向上にとどまり、Ｉ／Ｏ全体の問題を解決することは困難な場合もあった。
　先行技術文献
　下記特許文献１には、ストレージを仮想化機能によって分割することによって、ストレージの共有化を行う技術が開示されている。
　下記特許文献２には、ＵＳＢアダプタの仮想化を行う技術が開示されている。
　下記特許文献３には、複数のロジカルパーティションが、一つの入出力アダプタを共用する技術が開示されている。
　下記特許文献４には、ＤＭＡを受け付けるＩ／Ｏ－ＨＵＢが開示されている。このＨＵＢは、要求されたＤＭＡの仮想アドレスを物理アドレスに変換するか否かを判断する機能を備えている。　
特開２０１３－００３６９１号公報 特開２０１１－１４６０４４号公報 特開２００９－１５１７６７号公報 特開２００９－０３７６１０号公報
　本願発明者は、上述した背景の下、Ｉ／Ｏの問題を抜本的に解決するためには、「Ｉ／Ｏの仮想化」を実現することが好ましいと考えた。本願発明は、このような背景に基づきなされたものであり、「Ｉ／Ｏの仮想化」を容易に実現する装置・方法を提供することを目的とする。
　一方、本願発明者は、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたネットワークを開発し、別途特許出願を行っている。このＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたネットワークにおいては、ＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓのためのＨＵＢ装置も開発し、そのＨＵＢを介して、複数のＰＣがネットワークを構成しうるものである。このＨＵＢ装置に関しては、すでに特許登録を受けている（特許第５０６９０７９号）。
　このようなＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓのＨＵＢを介したネットワークは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの上にネットワークプロトコルを流すことによって、ネットワークを実現している。したがって、一方のＰＣのＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓ内部スロット（拡張スロット）が、他のＰＣからもそのままＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを介して見ることができる構成となっているので、容易にＩ／Ｏの仮想化を行えると本願発明者は考えたものである。
　後述する実施の形態でも説明するようにＨＵＢ装置は、基本的にはＰＣの内部スロットのインターフェースを利用してネットワーク接続を行おうとした装置である。しかし、特にネットワーク接続（例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））を行わずに、Ｉ／Ｏの仮想化のためにのみ、ＨＵＢ装置を利用することも好適である。
　この場合は、「ＨＵＢ装置」という名称より、「Ｉ／Ｏ仮想化ボックス」「Ｉ／Ｏ仮想化装置」等と呼ぶ方が妥当かもしれない。
　具体的には、本願発明は、下記のような構成を採用する。
　（１）本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数のポートを備えたＨＵＢ装置と、前記ポートに接続された少なくとも１台以上のコンピュータと、を備え、Ｉ／Ｏの仮想化を行えるコンピュータシステムにおいて、前記コンピュータは、そのコンピュータ内部の内部スロットに接続し、前記内部スロットと、前記ポートと、を接続する専用ＮＩＣ装置、を備え、前記ＨＵＢ装置は、前記内部スロットの信号と同一の信号をスイッチするスイッチ手段を備え、前記スイッチ手段は、前記ポートを介して、前記内部スロットの信号と同一の信号を入出力することを特徴とするコンピュータシステムである。
　（２）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムにおいて、前記内部スロットは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであることを特徴とするコンピュータシステムである。
　（３）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムにおいて、前記コンピュータは、自己以外の他のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスの情報を保持する記憶手段、を備え、前記コンピュータは、前記Ｉ／Ｏデバイスの情報を利用し、前記ＨＵＢ装置を介して、前記自己以外の他のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスに対してアクセス可能であることを特徴とするコンピュータシステムである。
　（４）また、本発明は、上記（３）記載のコンピュータシステムにおいて、前記Ｉ／Ｏデバイスの情報には、前記自己以外の他のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスの少なくともアドレス情報が含まれることを特徴とするコンピュータシステムである。
　（５）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムにおいて、前記専用ＮＩＣ装置は、第１の内部スロットコネクタと、第２の内部スロットコネクタと、前記第１の内部スロットコネクタ及び第２の内部スロットコネクタと接続するスイッチ手段と、を含み、前記スイッチ手段は、前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力し、前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力しすることを特徴とするコンピュータシステムである。
　（６）また、本発明は、上記（５）記載のコンピュータシステムにおいて、前記スイッチ手段には、前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力する際に、前記信号のデータを保存する送信用ＦＩＦＯと、前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力する際に、前記信号を保存する受信用ＦＩＦＯと、が接続されていることを特徴とするコンピュータシステム。
　（７）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムにおいて、前記内部スロットはＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであり、前記スイッチ手段は、いずれかの前記ポートから入力したＴＬＰから所定のアドレスを取り出し、前記所定のアドレスに基づき、行き先を決定し、その行き先のポートへ前記入力したＴＬＰを送出することを特徴とするコンピュータシステムである。
　（８）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムの運用方法において、前記１台以上のコンピュータのＢＩＯＳを起動して、第１のデバイスリストを作成する第１ステップと、前記ＨＵＢ装置のＢＩＯＳを起動して、第２のデバイスリストを作成する第２ステップと、前記第１のデバイスリストと、前記第２のデバイスリストとを結合して第３のデバイスリストを作成する第３ステップと、前記第３のデバイスリストをＯＳが利用する第３ステップと、を含むことを特徴とするコンピュータシステムの運用方法である。
　（９）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムの運用方法において、前記内部スロットは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであり、前記ＨＵＢ装置中の前記スイッチ手段は、ＴＬＰから所定のアドレスを取り出し、前記所定のアドレスに基づき、行き先を決定し、その行き先のポートへ前記入力したＴＬＰを送出することを特徴とするコンピュータシステムの運用方法である。
　（１０）また、本発明は、上記（３）又は（４）記載のコンピュータシステムにおいて、前記Ｉ／Ｏデバイスの情報とは、ＢＩＯＳが作成したデバイスリストであることを特徴とするコンピュータシステムである。
　（１１）また、本発明は、上記課題を解決するために、上記（１）記載のコンピュータシステムに用いられる前記専用ＮＩＣ装置であって、前記内部スロットの信号と同一の信号をスイッチするスイッチ手段を備え、前記スイッチ手段は、前記ポートを介して、前記内部スロットの信号と同一の信号を入出力することを特徴とする専用ＮＩＣ装置である。
　（１２）また、本発明は、上記（１１）記載の専用ＮＩＣ装置において、第１の内部スロットコネクタと、第２の内部スロットコネクタと、前記第１の内部スロットコネクタ及び第２の内部スロットコネクタと接続するスイッチ手段と、を含み、前記スイッチ手段は、前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力し、前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力することを特徴とする専用ＮＩＣ装置である。
　（１３）また、本発明は、上記（１２）記載の専用ＮＩＣ装置において、前記スイッチ手段には、前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力する際に、前記信号のデータを保存する送信用ＦＩＦＯと、前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力する際に、前記信号を保存する受信用ＦＩＦＯと、が接続されていることを特徴とする専用ＮＩＣ装置である。
　（１４）また、本発明は、上記（１）記載のコンピュータシステムに用いられるＨＵＢ装置において、前記内部スロットはＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであり、前記スイッチ手段は、いずれかの前記ポートから入力したＴＬＰから所定のアドレスを取り出し、前記所定のアドレスに基づき、行き先を決定し、その行き先のポートへ前記入力したＴＬＰを送出することを特徴とするＨＵＢ装置である。
　以上述べたように、本発明によれば、スイッチ手段を備え、このスイッチを介して他のＰＣと接続しうるＨＵＢ装置を用いたので、他のＰＣに備えられたＩ／Ｏデバイスを含めたＩ／Ｏデバイスの情報を構築することが可能である。典型的には、そのような内容のデバイスリストを構築することが可能である。その結果、他のＰＣのＩ／Ｏデバイスをあたかも自分のＰＣに備えられたＩ／Ｏデバイスとして扱うことが可能となるので、いわゆるＩ／Ｏの仮想化を実現することができる。
　また、このＩ／Ｏデバイスに関する情報を、他のコンピュータに提供したので、他のコンピュータでも、互いに他のＰＣに備えられたＩ／Ｏデバイスを自分のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスとして認識することができるので、接続された２個以上のコンピュータ間でＩ／Ｏデバイスの仮想化を実現することができる。
ＴＬＰのフォーマットの概要を示す説明図である。 ＥｔｈｅｒＮｅｔフレームの概要を示す説明図である。 ＨＵＢ装置の構成ブロック図である。 ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いた一般的な構成の例を示す説明図である。 ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたコンピュータを接続した場合の構成図である。 専用ＮＩＣ装置の構成ブロック図である。 Ｉ／Ｏの仮想化を行う場合のシステムの起動の流れを表すフローチャートである。
　以下、本発明の好ましい形態を図面に基づいて説明する。
　本実施の形態では、ＰＣの内部スロットインターフェースを利用してネットワークを構成するシステムにおいて、この仕組みを利用すれば、Ｉ／Ｏの仮想化を容易に実現できることを説明する。
　以下、第１～第３においては、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いてネットワークを構成する手法を説明し、第４ではその手法・仕組みに用いられるＨＵＢ装置の説明を行う。
　そして、第５では、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたコンピュータの構成を説明する。
　そして、第６では、ＨＵＢ装置を用いてネットワークを構成した場合の構造を説明する。第７では、この構造によって、Ｉ／Ｏの仮想化が実現できる運用手法を説明する。第８はまとめである。
～目次～
　第１．ＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓのＴＬＰについて
　第２．Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームについて
　第３．ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓ上にＥｔｈｅｒＮｅｔフレームを載せる方法
　第４．ＨＵＢの構成
　第５．ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたコンピュータの構成
　第６．ＨＵＢ装置を用いてネットワークを構成した場合の構造
　第７．Ｉ／Ｏの仮想化の実現
　第８　まとめ・変形例

　第１　ＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓのＴＬＰについて
　送信側
　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓにおいては、送信側において、ソフトウェアレイヤからの要求に応じて、ＴＬＰ（Transaction Layer Packet）がトランザクションレイヤーにおいて生成される。
　Transaction Layer Packet（TLP）のフォーマットの概要が図１に示されている。図１に示すように、ＴＬＰ本体１００は、ＴＬＰヘッダ１０２と、データ部１０４と、から構成される。これらに加えてＥＣＲＣ等が付加される場合もあるが、本文では省略する。ＴＬＰヘッダ１０２は、単にヘッダ１０２と呼ぶ場合もある。
　データ部１０４は、「ペイロード」と称する場合も多い。データ部は、一般に２５６ｋバイトが広く用いられている。規格上は、データ部は４ｋバイト（４０９６バイト）まで広げることができるが、それをサポートしたデバイスはほとんど知られていない。一般的にはデータ部は２５６バイトの場合が多い。
　トランザクションレイヤーにおけるこのＴＬＰ本体１００は、送信側においては、データリンク層に渡される。データリンクレイヤーにおいては、シーケンスナンバー１０６と、ＬＣＲＣ１０８とが付加される。これによって、データリンク層パケット１１０が形成される（図１参照）。このデータリンク層パケット１１０は、データリンクレイヤーから、物理層に渡される。
　さらに、このデータリンク層パケット１１０は、物理層において、スタートフレーム１１４と、エンドフレーム１１６と、が付加されて、物理層パケット１０８が構成される。
　受信側
　受信側においては、物理層においては、スタートフレーム１１４、エンドフレーム１１６を除いたデータリンク層パケット１１０が生成されて、データリンク層に送られる。物理層から、上記送られてきたデータ（データリンク層パケット１１０）を受け取ったデータリンクレイヤーは、シーケンスナンバー１０６とＬＣＲＣ１０８の確認を行うとともに、これらを除いたＴＬＰ本体１００を、トランザクションレイヤーに渡す。
　また、受信側のトランザクションレイヤーは、データリンクレイヤーから受け取ったデータ（ＴＬＰ本体１００）を解析して、コマンドタイプに応じてデータを抽出し、ソフトウェアレイヤに渡すのである。
　なお、ＴＬＰヘッダ１０２内にコマンドタイプやドレス等が格納されている。
　第２　ＥｔｈｅｒＮｅｔフレーム
　図２は、ＥｔｈｅｒＮｅｔフレーム２００の一例の概要を示す説明図である。この図に示す例によれば、ＥｔｈｅｒＮｅｔ（登録商標）においては、宛先アドレス２０２と、送信元アドレス２０４と、が含まれており、これらはいわゆるＭＡＣアドレス（その機器固有の物理アドレス４８ビット）である。これらアドレスと、タイプ２０６と、を合わせて　イーサネットヘッダ部（１４ビット）が構成される。なお、タイプ２０６フィールドは、ＶＬＡＮとして用いられることも多い。
　イーサネットフレーム２００は、さらに、データ部（４６～１５００バイト）２０８と、ＣＲＣ２１０と、から構成されている。しかし、イーサネットフレーム２００としては、構成の種類によっては８０００バイト程度までの大きなフレームが用いられることも近年は多い。
　第３　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓに、ＥｔｈｅｒＮｅｔフレームを載せる。
　本実施の形態において特徴的なことは、図１のＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓのデータ部１０４中に、図２で示したイーサネットフレームを格納したことである。このような特徴によって、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの上で、ＥｔｈｅｒＮｅｔ（登録商標）の通信を行うことができたものである。
　さらに、本実施の形態において特徴的なことの一つは、ＥｔｈｅｒＮｅｔ（登録商標）のフレームが大きな場合、これを分割して、複数のＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓに格納したことである。これによって、ジャンボフレーム等の大きなサイズのＥｔｈｅｒＮｅｔ（登録商標）のフレームでも、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓフレーム中に格納することができる。
　第４　ＨＵＢ装置の構成
　上述したように、本願発明者は、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたネットワークを開発している。そして、このＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたネットワークにおいては、ＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓのためのＨＵＢ装置を用いており、すでに特許登録を受けている（特許第５０６９０７９号）。
　本実施の形態でも同様のＨＵＢ装置を利用している。このＨＵＢ装置３００の構成ブロック図が図３に示されている。
　図３に示すように、ＨＵＢ装置３００は、５つのポート３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、３２０ｅを備えている。これらのポート３２０ａ～３２０ｅは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓのポートである。
　特許５０６９０７９号でも述べているが、このＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓのポート３２０ａ～３２０ｅはネットワークのポートとして利用可能に構成されている。端的に言えば、図３のＨＵＢ装置１０は、これらのポート３２０ａ～３２０ｅ間をスイッチングし、各ポート３２０間の高速な通信を実現する。
　なお、ＨＵＢ装置３００の種々の動作に関する設定は、ホストコンピュータをこのＨＵＢ装置３００に接続することによって予め行うことができる。なお、このホストコンピュータとは、ＨＵＢ装置１０の動作を管理するアプリケーションソフトを備えたコンピュータである。
　※ポートその他の記法について
　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓは、コンピュータの内部バスとして知られている。また、コンピュータによっては、そのコンピュータの内部に、内部バスの接続口が１個以上、複数個設けられている場合もある。一般にその接続口を「内部スロット」と呼ぶこともある。また、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの場合、その内部スロットの信号を外部に引き出した場合、これを特に「ポート」と呼ぶ場合がある。
　本実施の形態における「ポート」も信号的には、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの内部スロットの同様のものであり、「スイッチ」における各接続口を、ここでは「ポート」と呼んでいる。
　第５　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたコンピュータの一般的な構成
　また、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの内部ポート（又は、「内部スロット」「内部バス」等と呼ばれる。また意味合いから「拡張スロット」「拡張バス」と呼ばれることもある）を備えたコンピュータの一般的な構成の例が図４に示されている。ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓは、内部バスの規格の一つである。本実施の形態では、主としてＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを内部バスとして用いた場合を中心に説明を行う。
　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いた場合、ＣＰＵ４００には、まずルートコンプレックス（以下、単にＲＣとも呼ぶ）４１０が接続している。ＲＣ４１０には、複数のＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓポートが設けられているが、さらに必要なポート数となるようにスイッチ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃが設けられる場合がある。これらスイッチ４２０は必要とされるポート数の関係上、多段に接続される場合もある（図４参照）。
　Ｉ／Ｏデバイスは、エンドポイントと呼ばれ、スイッチ４２０ａやスイッチ４２０ｂ等に接続されている。エンドポイントは、種々存在する。スイッチ４２０のＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓポートにそのまま接続する通常のＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓエンドポイント４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃや、ＲＣ４１０に接続するルートコンプレックスエンドポイント４３４等である。
　なお、図４において、○は、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓポートを表す。
　また、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓポートには、他のバスとのプロトコル変換を行ういわゆるブリッジを設けることもできる。図４の例では、例えば従来のバスであるＰＣＩのバスとの間のプロトコル変換を行うＰＣＩブリッジ４３６が示されている。このブリッジによって、ＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓからＰＣＩのバスへの変換を行うことができる。
　なお、図４は、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを中心として描かれており、実際には、メモリ（図４参照）の他にハードディスク等の記憶手段も備えられている。また、図示されていないが、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓグラフィックス（図４参照）には、ディスプレイ装置が接続されており、マウスやキーボード（不図示）等が所定のインターフェースを介して、システムバス（図４参照）に接続されている。
　第６　ＨＵＢ装置を用いてネットワークを構成した場合の構造
　実際に上記ＨＵＢ装置３００を用いて、コンピュータとコンピュータを接続した場合の構成図の例が図５に示されている。
　図５においては、上記ＨＵＢ装置３００と同様に内部にスイッチを設けたＨＵＢ装置５００を用いた例を示す。このＨＵＢ装置３００とＨＵＢ装置５００とは、ポート数が異なる（４個、５個）等の形式的な相違はあるが、実質的・機能的には同様の装置である。
　図５に示されるＨＵＢ装置５００は、ＣＰＵ５１０と、ＲＣ（ルートコンプレックス５２０と、スイッチ（ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓスイッチ）５３０とを備えている。スイッチ５３０には、４個のポート５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ、５４０ｄとが設けられており、４台のＰＣ（パーソナルコンピュータ、本文では「ＰＣ」と称する場合がある）と接続することができる。図５では、４台のＰＣ（ＰＣ－Ａ、ＰＣ－Ｂ、ＰＣ－Ｃ、ＰＣ－Ｄ）と接続する例を示している。
　なお、このスイッチ５３０は、内部スロット（内部バス）であるＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓのスイッチであり、請求の範囲のスイッチ手段の好適な一例に相当する。　
　このスイッチ手段は、あるポート５４０から入力したＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの信号を所定の制御ルールに基づき、行き先（のＰＣ）を決定し、その行き先であるいずれかのポート５４０に送り出す。例えば、上述したようにＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓにＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム等を挿入して使用する場合は、このＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム中の種々のアドレス（例えばＭＡＣアドレス等）を取り出し、取り出したアドレスに基づき、行き先を決定することも好ましい。　
　なお、このような制御ルールは、テーブル３５０等に格納しておくことも好適であり、スイッチ５３０内部に格納・設定しておくことも好適である。
　図５においては、ポート５４０ａにＰＣ－Ａ６００が接続されており、ポート５４０ｂにＰＣ－Ａ７００が接続されている例が示されている。ＰＣ－Ｃ、ＰＣ－Ｄも接続されているが、ＰＣ－Ａ６００、ＰＣ－Ｂ７００と同様であるので、図示を省略している。
　このような構成・接続の形態によって、ＰＣ－Ａ６００、ＰＣ－Ｂ７００等でネットワークを構成する技術に関してすでに特許出願を行い、特許権を取得している。
　ＰＣ－Ａ６００は、ＣＰＵ６１０と、それに接続するＲＣ（ルートコンプレックス）６２０とが備えられている。ＲＣ６２０にはスイッチ（ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓスイッチ）６３０が設けられており、このスイッチ６３０にはポート６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄ、が備えられている。
　ポート６４０ａには、Ｉ／Ｏの一種であるＧＰＵ６５０が接続されている。ポート６４０ｄには、Ｉ／Ｏの一種としてＨＤ６６０が接続されている。またポート６４０ｄには、専用ＮＩＣ装置６７０が備えられている。この専用ＮＩＣは特願２００７－２６３１９７に記載されている専用ＮＩＣ装置と同様の装置であり、データを蓄積するバッファや所定のタイミングでデータを送信する手段を備えており、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓの信号を中継しうる装置である。
　図５に示すようにＨＵＢ装置５００を中心として、それに接続する１個以上又は複数個のＰＣ（パーソナルコンピュータ）から構成されるシステムを図示しているが、これが、請求の範囲における「コンピュータシステム」の好適な一例に相当する。また、図５の個々のＰＣであるＰＣ－Ａ６００、ＰＣ－Ｂ７００等は、請求の範囲の「コンピュータ」の好適な一例に相当する。
　第６－１　専用ＮＩＣ装置
　専用ＮＩＣ装置８００の構成ブロック図が図６に示されている。専用ＮＩＣ装置８００は、便宜上番号は異なるが、専用ＮＩＣ装置６７０、７７０と同様の構成である。　
　また、この専用ＮＩＣ装置はＭＡＣアドレスを有している。
　まず、専用ＮＩＣ装置８００は、２個のＰＣＩ－Ｅｓｐｒｅｓｓコネクタ８４０ａ、８４０ｂを備えており、２個のＰＣＩ－Ｅｓｐｒｅｓｓの内部スロット（又は内部ポート共呼ばれる）を結びつけることができるように構成されている。そのため、２個のＰＣＩ－Ｅｓｐｒｅｓｓコネクタ８４０ａ、８４０ｂの間にＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓスイッチが配置され、双方向にデータの送受信を行えるように構成している（図６参照）。
　ただし、この専用ＮＩＣ装置の特徴的な事項は、異なる系に属するＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを結ぶことができる点である。そのため、異なる系の間でデータの送受信を行うために、図６に示すように送信用ＦＩＦＯ８２０、受信用ＦＩＦＯ８３０が備えられている。その結果、送信用ＦＩＦＯ８２０によって、送信用のデータを、送信先のコンピュータの準備が完了するまで保持しておくことができ、異なる系の間でデータの送信が可能である。また、同様に、受信用ＦＩＦＯ８３０によって、受信用のデータを、受信先のコンピュータの準備が完了するまで保持しておくことができ、異なる系の間でデータの受信が可能である。なお、方向が異なるのみで、送信も受信も動作としては同様の動作である。便宜上、送信とは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓコネクタ８４０ｂ側に、データが送信される場合を言う。そして、受信とは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓコネクタ８４０ａ側に、データが送られる場合を言う。
　第７　Ｉ／Ｏの仮想化
　本実施の形態において特徴的なことは、このようなＨＵＢ装置５００による接続によって、Ｉ／Ｏの仮想化を行うことができることである。その動作の好適な一例を説明するために、本システムの起動からの動作・処理の流れを以下順次説明する。同処理の流れを示すフローチャートが図７に示されている。これら一連の処理の流れは、コンピュータシステムをＩ／Ｏの仮想化を実現しうるようにする処理であり、コンピュータシステムの運用方法と言うべきである。
　第７－１　起動プロセス
　（ステップ１）（図７のステップＳ７－１）
　図５に示されるシステムの運用においては、まず、ＨＵＢ装置５００以外のＰＣ群の電源を投入して、起動する。すなわち、ＰＣ－Ａ６００、ＰＣ－Ｂ７００を起動する。また、存在する場合は、ＰＣ－Ｃ、ＰＣ－Ｄ（図５参照）も同時に起動する。
　なお、ＰＣ－Ａ６００、ＰＣ－Ｂ７００の起動においては、ＢＩＯＳが起動する。ここで、ＢＩＯＳは、そのコンピュータに備えられているＩ／Ｏデバイスのチェックを行い、いわゆるデバイスリストを作成して、内部のハードディスク（不図示）やメモリ（不図示）に格納する。　
　すなわち、ＰＣ－Ａ６００のＢＩＯＳが起動し、最小限のＰＣ－ＡのデバイスリストＸＡを作成する。ＰＣ－Ｂ７００についても同様に、最小限のＰＣ－ＢのデバイスリストＸＢを作成する。　
　ここで、最小限とは、一般にはＶＧＡや、ネットワーク関連のインターフェース、ＨＤ（ハードディスク）などのストレージ、を含むものである。ただし、ＶＧＡに関してはなくても良い場合もある。また、ストレージについては、ハードディスク以外にも種々のストレージが近年広く用いられている。したがって、特にこれらに限られるものではなく、ごく一般的にそのＰＣについてのデバイスリストが作成できれば、どのようなデバイスリストであってもかまわない。
　このステップ１は、図７のステップＳ７－１に該当する。
　（ステップ２）（図７のステップＳ７－２）
　次に、ＨＵＢ装置５００の電源を投入し、起動させる。本実施の形態に係るＨＵＢ装置５００もＣＰＵ５１０を備えており、一種のコンピュータである。ＨＵＢ装置５００が起動すると、まず、通常のコンピュータ同様にＢＩＯＳが起動する。
　ＢＩＯＳが起動すると、周辺の各種装置、各種Ｉ／Ｏをチェックし、必要な初期化・コンフィグレーション（情報の取得及び使用可能か否か確認）等が行われる。この際、ルートコンプレックスを通じて、接続しているＩ／Ｏが確認される。
　具体的には、いわゆるＰＯＳＴ（Ｐｏｗｅｒ　ＯＮ　Ｓｅｌｆ　Ｔｅｓｔ）において、周辺機器の検出・初期化が行われ、周辺機器が使用可能な状態になる。このＰＯＳＴにおいては、各種デバイスや拡張カードが要求するハードウェアリソース（Ｉ／Ｏアドレス、メモリ、ＩＲＱ等）を割り当てる。
　検出・割り当てを行ったデバイスの一覧はデバイスリストとして保存され、このデバイスリストは、ＯＳが後に利用する。デバイスリストは、ＨＵＢ装置５００内のハードディスク（不図示）やメモリ（不図示）に格納される。　
　すなわち、ＨＵＢ装置５００のＢＩＯＳが起動し、ＨＵＢ装置５００のデバイスリストＹを作成する。
　※なお、「ＢＩＯＳ」は、近年、「ＥＦＩ」と呼ばれるファームウェアに置き換えられつつあるが、その場合は、本文の「ＢＩＯＳ」を、「ＥＦＩ」と読み替えられたい。
　（ステップ３）（図７のステップＳ７－３）
　次に、ＰＣ－Ａ６００のブートローダが起動し、上記デバイスリストＸＡ、ＸＢとＨＵＢ装置５００のデバイスリストＹを結合して、新たなデバイスリストＺを作成する。ＰＣ－Ｂ７００についても同様に、上記ＸＡ、ＸＢとＨＵＢ装置５００のデバイスリストＹを結合して、デバイスリストＺを作成する。
　本実施の形態において特徴的なことは、上記デバイスリストＺ中に他のＰＣのＩ／Ｏデバイスが含まれていることである。したがって、他のＰＣのＩ／Ｏデバイスをあたかも自分のＰＣのＩ／Ｏデバイスであるかのように扱うことができ、いわゆるＩ／Ｏの仮想化を実現することが可能である。
　この処理・動作は、図７のステップＳ７－３に該当する。
　（ステップ４）（図７のステップＳ７－４）
　ＯＳが起動した後、ＯＳやＯＳから起動されるアプリケーションは、上記作成したデバイスリストＹを利用するのである。この結果、Ｉ／Ｏの仮想化を実現することができる。
　この処理は、図７のステップＳ７－４に該当する。
　なお、他のＰＣ（ＰＣ－Ａ６００、ＰＣ－Ｂ７００等）においては、Ｉ／Ｏデバイスの情報は、メモリ（図４参照）や、ハードディスク（図５参照）等に格納される。この場合、このメモリやハードディスクは、請求の範囲の記憶手段の好適な一例に相当する。また、本実施の形態では、Ｉ／Ｏデバイスの情報は、従来から用いられてきたデバイスリストとして利用しているが、全く独立した他の情報として、上記メモリやハードディスクに格納されることも好適である。
　第７－２　アドレス
　前記第７－１のステップ２において、Ｉ／Ｏアドレスの割り当て等を行ったが、このようなアドレスの割り当ては、いわゆるメモリにおいても同様に行うことが可能である。つまり、ここではＩ／Ｏアドレスと呼んでいるが、メモリのアドレスも同様である。この結果、一般的には、このアドレスは「Ｉ／Ｏメモリアドレス」と呼ばれる場合もあった。
　第７－３　デバイス情報の提供・共有や、制御の詳細
　（１）上記第７－１で述べたように、本実施の形態では、自分が持っているＩ／Ｏデバイスや、他のＰＣに備えられているＩ／Ｏデバイスを含めたデバイスリストが構築される。本実施の形態の各ＰＣ等は、このデバイスリストに基づき、各ＰＣからアクセスしうるＩ／Ｏデバイスの情報（主としてアドレス（Ｉ／Ｏメモリアドレス、Ｉ／Ｏアドレス等とも呼ばれる）の情報）を取得している。
　この結果、各ＰＣは、自分のＰＣに備えられたＩ／Ｏデバイス以外のＩ／Ｏデバイスであって、アクセス可能なＩ／Ｏデバイスを認識することができる。
　例えば、ＰＣ－Ａ６００からは、他のＰＣにあるＩ／Ｏデバイスに関しては、専用ＮＩＣ装置６７０を通じて、通常のＩ／Ｏアクセスをすることによって、あたかも自分のＰＣ（ＰＣ－Ａ６００）上に備えられているＩ／Ｏデバイスであるかのようにアクセスすることが可能となる。また例えば、ＰＣ－Ｂ７００上にあるＨＤ７６０に対して、専用ＮＩＣ装置６７０を介してアクセスすることによって、自分のＰＣ－Ａ６００に備えられているＨＤであるかのようにソフトウェアからはアクセスすることができる。
　（２）なお、ＰＣ－Ａ６００から所定のＩ／Ｏデバイスにアクセスする際、上記情報に含まれるアドレスでアクセスを行う。そして、専用ＮＩＣ装置６７０を介して、要求コマンドをＨＵＢ装置５００に送信するのである。
　実際の制御は、種々の手法が考えられるが、例えば、上で述べたように、ＰＣＩ－ＥｘｐｒｅｓｓのＴＬＰにはＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム等の種々アドレス（ＭＡＣアドレス等）が含まれている場合もあるので、そのアドレスで行き先を決定することも好適である。Ｉ／Ｏデバイスは、ＭＡＣアドレスを有していることもあり、そのＭＡＣアドレスを用いて、宛先を決定することも好適である。その他、デバイスＩＤ等、種々のアドレス又はそれに類する情報を用いることも好適である。
　このように、ＢＩＯＳで構築されたデバイスリストの情報に基づく行き先の制御は、ＨＵＢ装置５００の、スイッチ５３０が実行する。この結果、スイッチ５３０は、Ｉ／Ｏの各種コマンドを、所定のＰＣに送出することができる。
　第７－４　ＯＳ・アプリケーションレベルの動作・機能
　（１）なお、ＯＳが利用するデバイスリストの情報は、ＯＳレベル、又はアプリケーションレベル等で、新しく設置された他のＰＣに配布することも好適である。
　ＨＵＢ装置５００においては、ＢＩＯＳが作成したデバイスリストに基づき、各ＰＣに利用できるＩ／Ｏデバイスを参照してデバイスリストを作成する。
　このような動作によって、例えばＰＣ－Ａ６００上で稼働する各種ソフトウェアからは、デバイスリストに載っている通常のＩ／Ｏデバイスと同様に取り扱うことが可能となるものである。
　（２）また、上述したように、行き先の制御は、ＨＵＢ装置５００のスイッチ５３０が行う。そして、このようなスイッチ５３０に対する情報の設定は、ＨＵＢ５００における、ＯＳレベル、又はアプリケーションレベル等で実行することも好適である。この結果、スイッチ５３０は、Ｉ／Ｏの各種コマンドを、所定の方向（相手先）に送出することができる。
　第７－５　仮想化の対象
　さらに、ＨＵＢ装置５００も、一種のＰＣ（パーソナルコンピュータ）であり、その内部にもＩ／Ｏデバイスが備えられており、これらもまた上記デバイスリストに列挙されている。すなわち、ＨＵＢ装置５００（のＣＰＵ）からみれば、全ＰＣに備えられているＩ／Ｏデバイスが「見え」ているので、自分のＰＣに備えられているＩ／Ｏデバイスとして認識可能であり、その結果、デバイスリストに列挙することが可能である。
　したがって、各ＰＣに提供されるアクセス可能なＩ／Ｏデバイスに関する情報は、このＨＵＢ装置５００内に位置するＩ／Ｏデバイスも含まれる。その結果、例えばＰＣ－Ａ６００から、あたかもＰＣ－Ａ６００内に備えられているＩ／Ｏデバイスであるかのように、ＨＵＢ装置５００内のＩ／Ｏデバイス（例えば、ＨＤ（ハードディスク）など）にアクセスすることが可能である。
　第８　まとめ・変形例
　以上述べたように、本実施の形態によれば、接続するＰＣに備えられているＩ／Ｏデバイスに関する情報を収集し、デバイスリストを作成している。そして、そのデバイスリストの情報に基づき、行き先の制御等を行うスイッチの設定を行っている。したがって、いわゆるＩ／Ｏの仮想化を容易に実現することが可能である。
　（１）上記実施の形態では、ＰＣ－Ａ６００等は、ＢＩＯＳが生成したデバイスリストを結合してデバイスリストを生成し、Ｉ／Ｏの仮想化を実現したが（図7　Ｓ７－３）、各アプリケーション毎に特有のＩ／Ｏデバイス情報リストを作成することも好適である。既存のデバイスリストのデータを修正することがないので、仮想化が特に必要ではないアプリケーションに対する影響を少なくすることが可能である。また、仮想化が必要なアプリケーションに特化したＩ／Ｏデバイスの情報リストを構築できるので、専用設計とすることが容易であり、性能の向上を容易であると考えられる。
　（２）また、上記の実施の形態における制御の例として、ＴＬＰ中のＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム中のアドレスを利用する例を示した。Ｉ／ＯデバイスはＭＡＣアドレスを備えるものも多いので、ＭＡＣアドレスを利用することも好適である。また、デバイスＩＤ等のその他種々のアドレスを用いることも好適である。また、他の手法でＭＡＣアドレスその他のアドレスを提供することも好適である。
　（３）上述した例では、「スイッチ５３０の設定」と説明したが、実際の情報自体はメモリやハードディスク等に書き込まれており、適宜それらの情報を参照しながら、Ｉ／Ｏの要求コマンド等を、（スイッチ５３０が）適切なポートに送出するように構成することも好適である。
　また、いわゆる設定メモリを内蔵した、いわゆるプログラマブルなスイッチを採用することも好適である。所定の設定情報をスイッチ内のメモリに格納した後は、そのスイッチが、設定情報に基づき、適宜、各種コマンドを所定のポートに送出するのである。
　（４）上述した例では、コンピュータの内部スロットの１種であるＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを採用しており、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓのスイッチ（５３０等）を利用した例を示している。
　しかし、スイッチが利用可能である内部スロットであれば、どのような内部スロットででも利用可能である。
　実用上の観点から、高いデータ転送速度を有するＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓを用いたが、将来的により早い速度の内部スロットが開発されれば、その内部スロットを用いることも好適である。また、性能を問わなければ、より低速の内部スロットを用いることも好適である。
　なお、ここでは、内部スロットという用語を用いたが、「内部ポート」「内部バス」と呼ばれる場合もある。
　１００　ＴＬＰ本体
　１０２　ＴＬＰヘッダ
　１０４　データ部（ペイロード）
　１０６　シーケンスナンバー
　１０８　ＬＣＲＣ
　１１０　データリンク層パケット
　１１４　スタートフレーム
　１１６　エンドフレーム
　１１８　物理層パケット
　２００　イーサネットフレーム
　２０２　宛先アドレス
　２０４　送信元アドレス
　２０６　タイプ
　２０８　データ部
　２１０　ＣＲＣ
　３００　ＨＵＢ装置
　３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、３２０ｅ　ポート
　３３０　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓスイッチ
　３４０　バッファ
　３５０　テーブル
　４００　ＣＰＵ
　４１０　ルートコンプレックス
　４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ　スイッチ
　４３０ａ、４３０ｂ　エンドポイント
　４３４　エンドポイント
　４３６　ブリッジ
　５００　ＨＵＢ装置
　５１０　ＣＰＵ
　５２０　ルートコンプレックス
　５３０　スイッチ
　５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ、５４０ｄ　ポート
　６００　ＰＣ－Ａ
　６１０　ＣＰＵ
　６２０　ルートコンプレックス
　６３０　スイッチ
　６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄ　ポート
　６５０　ＧＰＵ
　６６０　ＨＤ
　６７０　専用ＮＩＣ装置
　７００　ＰＣ－Ｂ
　７１０　ＣＰＵ
　７２０　ルートコンプレックス
　７３０　スイッチ
　７４０ａ、７４０ｂ、７４０ｃ、７４０ｄ　ポート
　７５０　ＧＰＵ
　７６０　ＨＤ
　７７０　専用ＮＩＣ装置
　８００　専用ＮＩＣ装置
　８４０ａ、８４０ｂ　ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓコネクタ
　８２０　送信用ＦＩＦＯ
　８３０　受信用ＦＩＦＯ
　ＰＣ－Ａ　パーソナルコンピュータ－Ａ
　ＰＣ－Ｂ　パーソナルコンピュータ－Ｂ
　ＰＣ－Ｃ　パーソナルコンピュータ－Ｃ
　ＰＣ－Ｄ　パーソナルコンピュータ－Ｄ

Claims (14)

  1. 　複数のポートを備えたＨＵＢ装置と、
    　前記ポートに接続された少なくとも１台以上のコンピュータと、
    を備え、Ｉ／Ｏの仮想化を行えるコンピュータシステムにおいて、
    　前記コンピュータは、
    　そのコンピュータ内部の内部スロットに接続し、前記内部スロットと、前記ポートと、を接続する専用ＮＩＣ装置、
    　を備え、
    　前記ＨＵＢ装置は、
    　前記内部スロットの信号と同一の信号をスイッチするスイッチ手段を備え、
    　前記スイッチ手段は、前記ポートを介して、前記内部スロットの信号と同一の信号を入出力することを特徴とするコンピュータシステム。
  2. 　請求項１記載のコンピュータシステムにおいて、
    　前記内部スロットは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであることを特徴とするコンピュータシステム。
  3. 　請求項１記載のコンピュータシステムにおいて、
    　前記コンピュータは、
    　自己以外の他のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスの情報を保持する記憶手段、
    　を備え、
    　前記コンピュータは、前記Ｉ／Ｏデバイスの情報を利用し、前記ＨＵＢ装置を介して、前記自己以外の他のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスに対してアクセス可能であることを特徴とするコンピュータシステム。
  4. 　請求項３記載のコンピュータシステムにおいて、
    　前記Ｉ／Ｏデバイスの情報には、前記自己以外の他のコンピュータに備えられたＩ／Ｏデバイスの少なくともアドレス情報が含まれることを特徴とするコンピュータシステム。
  5. 　請求項１記載のコンピュータシステムにおいて、
    　前記専用ＮＩＣ装置は、
    　第１の内部スロットコネクタと、
    　第２の内部スロットコネクタと、
    　前記第１の内部スロットコネクタ及び第２の内部スロットコネクタと接続するスイッチ手段と、
    　を含み、前記スイッチ手段は、前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力し、前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力しすることを特徴とするコンピュータシステム。
  6. 　請求項５記載のコンピュータシステムにおいて、前記スイッチ手段には、
    　前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力する際に、前記信号のデータを保存する送信用ＦＩＦＯと、
    　前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力する際に、前記信号を保存する受信用ＦＩＦＯと、
    　が接続されていることを特徴とするコンピュータシステム。
  7. 　請求項１記載のコンピュータシステムにおいて、
    　前記内部スロットはＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであり、
    　前記スイッチ手段は、いずれかの前記ポートから入力したＴＬＰから、所定のアドレスを取り出し、前記所定のアドレスに基づき、行き先を決定し、その行き先のポートへ前記入力したＴＬＰを送出することを特徴とするコンピュータシステム。
  8. 　請求項１記載のコンピュータシステムの運用方法において、
    　前記１台以上のコンピュータのＢＩＯＳを起動して、第１のデバイスリストを作成する第１ステップと、
    　前記ＨＵＢ装置のＢＩＯＳを起動して、第２のデバイスリストを作成する第２ステップと、
    　前記第１のデバイスリストと、前記第２のデバイスリストとを結合して第３のデバイスリストを作成する第３ステップと、
    　前記第３のデバイスリストをＯＳが利用する第３ステップと、
    　を含むことを特徴とするコンピュータシステムの運用方法。
  9. 　請求項１記載のコンピュータシステムの運用方法において、
    　前記内部スロットは、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであり、
    　前記ＨＵＢ装置中の前記スイッチ手段は、ＴＬＰから所定のアドレスを取り出し、前記所定のアドレスに基づき、行き先を決定し、その行き先のポートへ前記入力したＴＬＰを送出することを特徴とするコンピュータシステムの運用方法。
  10. 　請求項３又は４記載のコンピュータシステムにおいて、
    　前記Ｉ／Ｏデバイスの情報とは、ＢＩＯＳが作成したデバイスリストであることを特徴とするコンピュータシステム。
  11. 　請求項１記載のコンピュータシステムに用いられる前記専用ＮＩＣ装置であって、
    　前記内部スロットの信号と同一の信号をスイッチするスイッチ手段を備え、
    　前記スイッチ手段は、前記ポートを介して、前記内部スロットの信号と同一の信号を入出力することを特徴とする専用ＮＩＣ装置。
  12. 　請求項１１記載の専用ＮＩＣ装置において、
    　第１の内部スロットコネクタと、
    　第２の内部スロットコネクタと、
    　前記第１の内部スロットコネクタ及び第２の内部スロットコネクタと接続するスイッチ手段と、
    　を含み、前記スイッチ手段は、前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力し、前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力しすることを特徴とする専用ＮＩＣ装置。
  13. 　請求項１２記載の専用ＮＩＣ装置において、前記スイッチ手段には、
    　前記第１の内部スロットから入力された信号を、前記第２の内部スロットに出力する際に、前記信号のデータを保存する送信用ＦＩＦＯと、
    　前記第２の内部スロットから入力された信号を、前記第１の内部スロットに出力する際に、前記信号を保存する受信用ＦＩＦＯと、
    　が接続されていることを特徴とする専用ＮＩＣ装置。
  14. 　請求項１記載のコンピュータシステムに用いられるＨＵＢ装置において、
    　前記内部スロットはＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓであり、
    　前記スイッチ手段は、いずれかの前記ポートから入力したＴＬＰから、所定のアドレスを取り出し、前記所定のアドレスに基づき、行き先を決定し、その行き先のポートへ前記入力したＴＬＰを送出することを特徴とするＨＵＢ装置。
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