一种基于NUMA的四路机架式服务器及IO调度方法

技术领域

本发明涉及计算机IO调度领域，具体的涉及一种基于NUMA的四路机架式服务器及IO调度方法。

背景技术

NUMA(Non Uniform Memory Access)即非统一内存访问技术，它是由若干通过高速专用网络连接起来的独立节点构成的系统，各个节点可以是单个的CPU或是SMP系统。NUMA模式采用了分布式存储器模式，所有节点中的处理器都可以访问系统的全部物理存储器。每个处理器访问本地存储器和访问远程节点存储器所需的时间是不一致的，因此称为非一致访问分布共享存储技术。NUMA同时具备了MPP良好的扩展性以及SMP编程模式简洁、易于管理的特点。

现有技术CN103135943B提供一种多控存储系统自适应IO调度方法，多控制器体系架构，各控制器间可实现负载均衡，避免单控制器故障带来的风险和性能的瓶颈，支持丰富的主机连接接口，支持iSCSI、FC、InfiniBand及万兆网络连接，同时可以为用户提供高带宽的IB及万兆网络连接，满足客户对高带宽及高性能的差异化需求。本发明涉及多控存储系统的IO调度，提出多个控制器间的IO调度方法，当多控存储系统接受来自应用层的IO请求时，能够将IO请求调度给多个控制器同时并发执行，该方法不仅给低载的控制器分配了未分配的IO请求，还能从过载的控制器上重新调度IO请求到负载较轻的控制器上，从而改善了系统中各个控制器的负载状态，完成了多控节点上的IO负载调度和均衡，充分调度了设备的潜力，提升了系统性能。但请求信号进行IO调度分配时无法长时间保持负载的均衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于NUMA的四路机架式服务器及IO调度方法，以解决上述背景技术中提出的请求信号进行IO调度分配时无法长时间保持负载的均衡问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于NUMA的四路机架式服务器，所述四路机架式服务器包括：4个CPU、至少一个FCFS模块、分类器、调度器、IO管理模块，所述4个CPU之间通过HT总线互连，所述每个CPU均设置有HT0-L、HT0-H、HT1-L、HT1-H四个总线连接端口，所述每个CPU均外接两个扩展内存，所述分类器与至少一个FCFS模块电性相连，所述至少一个FCFS模块与调度器电性相连，所述调度器与4个CPU电性连接，所述每个CPU均电性连接IO管理模块。

优选的，所述IO调度方法如下：分类器接收动态请求调度信号，将同类信号分配至同一FCFS模块，调度器接收至少一个FCFS模块传输的信号后，将同一类动态请求信号分配至同一CPU，CPU将信号进行处理后传输至IO管理模块，完成整个动态请求的处理过程后，最终IO管理模块生成响应，返回用户端。

优选的，所述FCFS模块基于FCFS算法，对动态请求经过分类器到达FCFS模块的先后顺序依次轮流处理，对同一动态请求形成同一动态请求队列。

优选的，所述动态请求调度信号在传输过程中产生负载，对动态请求调度信号进行权值分析，根据权值周期性的调整动态请求的IO调度。

优选的，所述负载由动态请求调度信号服务时间T

优选的，所述动态请求调度信号服务时间为处理该动态请求所花费的时间，同类动态请求所指向的动态内容相同，因此同类动态请求的服务时间相同，该时间可由动态请求的平均服务时间T

优选的，所述动态请求调度信号到达IO管理模块的数目是一个动态值，因此采用指数平滑算法对其进行预测，令C

可迭代定义i-1内动态请求调度信号实际到达数目与预测数目的平滑误差E

E

式中：β为平滑误差，取值为0.1～0.3；i-1时刻的平滑误差基于i-2时刻的平滑误差；

令|e

M

根据公式(2)和(3)可得：

式中：α

则有上述公式(1)～(4)可得，时间间隔t内动态请求调度信号到达IO管理模块的预测值

式中：α

优选的，为确保时间间隔t内M类动态请求调度信号的权值均匀分配给4个CPU，采用如下算法：

将M类动态请求调度信号分为N个不相交区间，即:

{[S

其中S

计算M类动态请求调度信号在时间间隔t内的总权值Sum(t)：

计算N-1个不相交区间的边界值S

式中：j＝1,2，…N-1；

当Sum(t)>S

优选的，所述N个不相交区间{[S

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用基于NUMA架构的飞腾平台四路机架式服务器，依赖于系统层的优化，为了充分提升性能，需要充分利用快速的本地访问以及分散负载到不同节点来降低对资源的竞争，同时针对不同类型的负载采用合理的资源分配策略，根据各节点的资源状态灵活对负载进行调度分配处理，提升整体的处理能力。

2.本发明引入动态请求调度算法，确保IO调度在动态范围内负载趋于均衡。

附图说明

图1为本发明的四路机架式服务器拓扑结构图；

图2为本发明的IO调度方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示，四路机架式服务器包括：4个CPU、至少一个FCFS模块、分类器、调度器、IO管理模块，4个CPU之间通过HT总线互连，每个CPU均设置有HT0-L、HT0-H、HT1-L、HT1-H四个总线连接端口，每个CPU均外接两个扩展内存，分类器与至少一个FCFS模块电性相连，至少一个FCFS模块与调度器电性相连，调度器与4个CPU电性连接，每个CPU均电性连接IO管理模块。

图2所示进行IO调度时分类器接收动态请求调度信号，将同类信号分配至同一FCFS模块，调度器接收至少一个FCFS模块传输的信号后，将同一类动态请求信号分配至同一CPU，CPU将信号进行处理后传输至IO管理模块，完成整个动态请求的处理过程后，最终IO管理模块生成响应，返回用户端。

其中FCFS模块基于FCFS算法，对动态请求经过分类器到达FCFS模块的先后顺序依次轮流处理，对同一动态请求形成同一动态请求队列。动态请求调度信号在传输过程中产生负载，对动态请求调度信号进行权值分析，根据权值周期性的调整动态请求的IO调度。其中负载由动态请求调度信号服务时间T

动态请求调度信号服务时间为处理该动态请求所花费的时间，同类动态请求所指向的动态内容相同，因此同类动态请求的服务时间相同，该时间可由动态请求的平均服务时间T

动态请求调度信号到达IO管理模块的数目是一个动态值，因此采用指数平滑算法对其进行预测，令C

可迭代定义i-1内动态请求调度信号实际到达数目与预测数目的平滑误差E

E

式中：β为平滑误差，取值为0.1～0.3，平滑常数宜取较小值，在本次计算中取β＝0.1；i-1时刻的平滑误差基于i-2时刻的平滑误差；

令|e

M

根据公式(2)和(3)可得：

式中：α

则有上述公式(1)～(4)可得，时间间隔t内动态请求调度信号到达IO管理模块的预测值

式中：α

由上述算法可看出，当预测值

由于同一类动态请求是作为一个整体分配至各CPU的，因此很容易导致CPU之间的负载不均衡。而某类动态请求产生的负载主要由这类动态请求的数目和服务时间决定，因此由该类动态请求在下一个时间间隔的预测到达数目和服务时间可计算出该类动态请求在下一个时间间隔内的预测权值。

将M类动态请求调度信号分为N个不相交区间，即:

{[S

其中S

计算M类动态请求调度信号在时间间隔t内的总权值Sum(t)：

计算N-1个不相交区间的边界值S

式中：j＝1,2，…N-1；

当Sum(t)>S

上述引入动态请求调度算法，确保IO调度在动态范围内负载趋于均衡。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。