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基于SRP的IB-SAN设计与实现


□ 姜志颖 韩冀中 王锡贵

  摘要:介绍了基于SRP的IB-SAN的整体结构,分析了SCSI read/write命令处理过程中的两个关键问题,即数据缓冲区的内存注册/注销方法和RDMA操作的执行者获取对方数据缓冲区信息的方式。实验结果表明,SRP能够使InfiniBand网络性能得到充分发挥,系统的总体I/O性能明显优于基于iSCSI协议的IB-SAN。
  关键词:网络存储; 存储区域网络; 小型机系统接口远程直接内存存取协议; 远程直接内存存取;InfiniBand
  中图分类号:TP393文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)04-1167-04
  
  随着高性能计算与应用服务的发展,更多的高性能存储区域网络开始利用高速网络与专有协议来构建。这主要包括基于光纤通道与FCP协议的FC-SAN、基于以太网与iSCSI协议的IP-SAN以及基于InfiniBand(简称IB)[1]的IB-SAN。FC-SAN需要专门的光纤通道网络,因此价格昂贵;IP-SAN可以利用目前广泛使用的以太网,成本较低,然而网络协议处理需要占用较多的主机CPU时间,严重影响系统的总体性能;IB网络具有高带宽和低延迟的特点,利用RDMA(remote direct memory access)机制和HCA(host channel adapter)的专用协议卸载引擎可以有效降低主机处理网络协议的开销,在高性能计算与数据库系统中得到日益广泛的应用[2,3]。在这些应用环境中,利用已经存在的IB网络构建SAN系统既能获得较高的系统性能,又能保持网络的简单性。
  IB-SAN可以基于多种协议来构建,如iSCSI、SRP[4]和iSER(iSCSI extensions for RDMA)[5]。基于不同协议的IB-SAN具有不同的特点,而且具体的设计与实现方法直接影响着IB网络性能的发挥和系统的总体性能。例如,利用IB的RDMA或者发送/接收方式传输数据前,数据缓冲区需要进行内存注册;传输数据时,RDMA操作的执行者需要事先获取对方数据缓冲区的地址、长度和访问授权信息。如何减小或者消除这些过程的时间开销,避免其成为系统瓶颈,是非常关键的问题。
  
  1IB-SAN的构建方法
  
  IB-SAN可以基于iSCSI协议来构建。具体实现时,底层传输协议可以使用TCP/IPoIB(IP over IB)[6]或SDP(socket direct protocol)。其中,IPoIB协议将IB网络模拟成IP网络,因此在利用TCP/IPoIB协议构建IB-SAN系统时,传统的基于TCP/IP层的iSCSI协议与软件无须作任何改动,但是这种方法不能利用RDMA机制的优势;SDP是IB结构中一种轻量级通信协议,保持了TCP/IP上的SOCK_STREAM套接字语法,因此在使用SDP构建IB-SAN系统时,只需在socket调用中改用SDP地址簇,通过很小的改动就能利用IB网络的RDMA机制,取得更优的系统性能。然而,与TCP的兼容也带来了额外的协议开销,IB网络性能没有得到充分发挥。 ......
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