[发明专利]基于智能网卡的飞腾CPU架构下裸金属服务器数据盘热插拔方法

说明书

本发明属于计算机操作系统和硬件设计技术领域，涉及一种基于智能网卡的飞腾CPU架构下裸金属服务器数据盘热插拔方法。本方法通过引入NVMe驱动，仅占用一个PCIe资源给NVMe的控制设备，数据盘通过Namespace插入到主机内部，数据盘的插入由NVMe驱动完成，不需要额外插入PCIe设备；同时本方法引入了自带操作系统的智能网卡，智能网卡连接远端云盘，然后由智能网卡内的操作系统以及网卡固件将远端云盘映射到NVMe Namespace上并透传给主机使用。本方法无需占用过多的PCIe资源，连接数据盘的数量大大增加，且绕过了飞腾CPU限制，实现了热插拔，极大地提升了使用便利性，改善了用户体验。

技术领域

本发明属于计算机操作系统和硬件设计技术领域，尤其涉及一种基于智能网卡的飞腾CPU架构下裸金属服务器数据盘热插拔方法及其应用。

背景技术

在云领域裸金属服务器场景下，传统的本地盘裸金属服务器如需进行磁盘扩容通常采用以下两种方案：一种方案是实地插入一块物理磁盘，但该操作复杂繁琐且不方便管理，高昂的操作成本使得通过该方案实现传统本地盘裸金属服务器磁盘扩容的可能性基本为零；另一种方案是通过连接远端云盘的裸金属服务，实现弹性扩容和磁盘热加载，但该方案存在严重缺陷，由于需要通过主机操作系统连接远端云盘，因此该方案的实施完全依赖主机操作系统，但裸金属服务器的主机归用户控制，一旦用户终止连接云盘的进程或者down掉连接远端云盘端口都会导致磁盘出现问题。鉴于此，许多弹性裸金属云厂商引入智能网卡来使裸金属服务器具备弹性扩容、迁移和灾备的云盘能力。

当前，信息技术应用创新产业和国产化已成为信息产业发展的主流，许多企业对国产技术都愈加青睐，作为国产CPU市场的主力，飞腾CPU已成为企业的热门选择，然而，飞腾旗下的多款CPU，如FT2000+、FTs2500等，在公有云裸金属服务器场景下，均无法做到数据盘热插拔，导致每次新增数据盘时裸金属服务器都需要掉电重启，极大地影响了客户体验，也成为了飞腾CPU进入裸金属云服务器的巨大障碍。就目前的情况而言，国产飞腾CPU架构下的裸金属服务器面对着外接云盘和实现数据盘热插拔两座大山，大部分云厂商不支持飞腾CPU架构的裸金属服务器，即使支持也不是基于云盘方案的弹性裸金属，而是本地盘裸金属。因此，为飞腾CPU架构下的裸金属服务器开发一种数据盘热插拔方法将会极大地拓展飞腾CPU的应用领域，为国产CPU的性能提升和市场占有提供强大的助力。

发明内容

为了克服飞腾CPU架构下的裸金属服务器存在的上述性能缺陷，本发明提出了一套解决方案。

通过机制分析，我们发现，弹性裸金属服务器厂商支持云盘时对主机内体现的驱动为virtio-blk，这种驱动linux内核默认即支持，每一块virtio-blk数据盘均会占用一个PCIe资源(参见图1)，在x86场景下，热插一块virtio-blk数据盘等于热插了一块PCIe设备，智能网卡会产生一个中断，该中断由CPU负责响应然后通知linux操作系统内核重新分配PCIe资源，操作系统内即可看到一块新的数据盘，但是，在飞腾CPU架构下CPU对数据盘热插拔中断不会做出任何响应，从而导致PCIe资源无法分配，使得数据盘热插拔不成功。

为了规避飞腾CPU架构下CPU对数据盘热插拔中断无法响应的问题，我们做出了如下设计：因为virtio-blk协议限制为每个PCIe资源对应一块数据盘，我们尝试引入一种每个PCIe资源可以对应插入多块数据盘的驱动类型，最终选择了NVMe。NVMe协议仅占用一个PCIe资源给NVMe的控制设备，实际使用的数据盘则通过Namespace插入到主机内部，整个数据盘的插入主要由NVMe驱动完成(参见图2)，不需要额外插入PCIe设备。而且，独创的智能网卡全模拟引擎，能够将普通的iSCSI和RBD/NBD云盘通过智能网卡的模拟引擎使用NVMe协议透传给主机，从而实现了多种存储类型的兼容。