[发明专利]网络存储业务的描述符队列和内存优化方法、系统及应用

说明书

本发明属于网络存储技术领域，公开了一种网络存储业务的描述符队列和内存优化方法、系统及应用，所述网络存储业务的描述符队列和内存优化方法包括：在网络数据读取方向：将网卡的发送描述符队列与存储器的读取描述符队列相结合；在网络数据存储方向：将网卡的接收描述符队列与存储器的写入描述符队列相结合。本发明通过系统中的内存Buffer做为中间容器，使用双向DMA完成CPU的零拷贝数据传输；网卡与存储器共用描述符环队列，并使用描述符传递状态信息和控制指令，降低CPU的开销，使得其特别适合于高性能网络存储业务场景。本发明提高网络存储业务的服务性能，降低CPU负载，在相同处理能力的CPU上提供更强的网络存储业务能力。

技术领域

本发明属于网络存储技术领域，尤其涉及一种网络存储业务的描述符队列和内存优化方法、系统及应用。

背景技术

目前，在以太网广泛使用的今天，网络文件传输并存储是非常常见的一种服务，普通服务器将网络传输与存储分成两个步骤进行。然而进程间切换会导致更多的CPU开销和数据拷贝，虽然存在一些用户态驱动旨在降低数据的拷贝，然而仍然存在进程间通信等事件会增大CPU的开销或等待时间。

在现有的网卡架构中，多采用多队列技术和描述符来完成数据包的传输和发送，其中队列为内存中物理地址连续的一块环形缓冲区，用于容纳描述符，描述符指向了内存中真实有效的一块数据的起始地址和长度。此外，还包括指示网卡发送或者接收的必要信息；在现有的存储设备架构中，存在诸如OpenChanel等形式的多队列存储描述符队列，其队列也为内存中物理地址连续的一块环形缓冲区，用于容纳描述符，描述符指向了内存中真实有效的一块数据的起始地址和长度，此外，还包含了指示存储器读取或者写入的必要信息。

但是，现有网络传输的队列结构与存储器类似，却没有结合应用，在面对网络存储业务时不能发挥最大效率。同时，现有技术将网络业务与存储业务分离后，至少需要两个线程进行数据处理，容易导致更多的进程间通知时件和等待时间，增大CPU开销。因此，亟需一种新的网络存储业务的描述符队列和内存优化方法，以弥补现有技术的缺陷。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有网络传输的队列结构与存储器类似，却没有结合应用，在面对网络存储业务时不能发挥最大效率，网络传输控制系统与存储器控制系统分属于不同的子系统，需要进行线程间通信，导致较大的CPU开销，并且在部分场景下还涉及数据的Copy。

(2)将网络业务与存储业务分离后，至少需要两个线程进行数据处理，容易导致更多的进程间通知时件和等待时间，增大CPU开销。

解决以上问题及缺陷的难度为：新的方法需要将网络业务描述符队列和存储业务描述符队列融合起来，尽量使用硬件完成描述符的调制解调以降低CPU开销。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明提高了网络存储业务的服务性能，降低了CPU负载，可以在相同处理能力的CPU上提供更强的网络存储业务能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种网络存储业务的描述符队列和内存优化方法、系统及应用。

本发明是这样实现的，一种网络存储业务的描述符队列和内存优化方法，所述网络存储业务的描述符队列和内存优化方法包括：在网络数据读取方向：将网卡的发送描述符队列与存储器的读取描述符队列相结合；在网络数据存储方向：将网卡的接收描述符队列与存储器的写入描述符队列相结合。

进一步，在网络数据读取方向，所述网络存储业务的描述符队列和内存优化方法包括：

(1)主机创建描述符环形缓冲区并使用描述符填充描述符缓冲区，所述描述符指向主存上分配好的内存空间做为数据Buffer使用，主机将所述描述符环形缓冲区的地址同时通知给存储器设备的读取通道和网卡设备的发送通道，即存储器设备的读取通道和网卡设备的发送通道共用一个描述符环形缓冲区。