[发明专利]三级分解网络架构系统、装置以及用于确保三级分解网络架构中的服务质量的方法

说明书

本申请公开了用于从计算元件分解网络存储的系统和方法。在一个实施例中，公开了一种系统，包括：多个计算节点，被配置为接收由计算节点的一个或更多个处理单元进行处理的请求；多个存储头通过计算结构连接到计算节点，存储头被配置为管理对系统存储的非易失性数据的访问；多个存储装置经由存储结构连接到存储头，每个存储装置被配置为响应于由存储头发出的请求访问存储在多个设备上的数据。

本申请要求于2018年2月6日提交美国专利商标局、申请号为 15889583、发明名称为“THREE-STAGE COST-EFFICIENT DISAGGREGATION FOR HIGH-PERFORMANCECOMPUTATION, HIGH-CAPACITY STORAGE WITH ONLINE EXPANSION FLEXIBILITY”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

所公开的实施方式涉及网络计算系统领域，特别是高度分布式和分解的网络计算系统。

背景技术

随着计算机网络的发展，为客户端设备提供远程计算和存储的基于服务器的系统应运而生，这些系统初期采用的是服务器设备的形式，通常包括与客户端设备相同的组件(如中央处理器、存储等)和功能(如计算、存储等)。

随着网络数据量和流量的增加，一些增加服务器设备的处理能力和存储的改进方法不断涌现，另外，如前所述，一些通过添加更多服务器设备以解决负载压力的方法也相继出现。由于这些“垂直”扩展系统面临着不断增加的流量的压力，一些系统被设计成计算能力从存储能力分离“解耦(decouple)”的系统。这种“解耦”系统是基于计算需求和存储需求不对等的问题而创建的。例如，带有CPU和存储介质的设备可以花费小部分时间使用CPU，大部分时间访问存储介质。反之，在高密度计算的过程，服务器可以花费大部分时间使用CPU，而很少或者不访问存储装置。因此，计算和存储的处理并不是彼此绑定的。

为了解决上述问题，一种尝试是将服务器的计算组件与存储组件相互分离。这些解耦系统然后通过计算机网络耦接计算组件和存储组件。通过这种方法，存储装置可以独立于计算组件进行操作，且每一组组件可以根据需要实现最优化。此外，计算容量和存储容量可以根据系统的需求独立地按比例放大和缩小。

但是目前的网络需求开始对这种解耦架构产生压力。具体地，解耦系统存储的数据越多，所需的容量就越大。当前系统体系，存储装置需要在使用过程中不断升级，且所述存储装置的升级周期不能与CPU和存储器组件的升级周期同步。因此，会造成CPU、存储器以及驱动器被不必要地高频率地升级，这明显增加了采购、迁移、维护、部署等的成本。另一方面，如果服务器在开始时就配备有高容量存储装置，则会增加设备的CPU和内存的要求。考虑到单个驱动器的容量在最近几代中迅速增加的情况，一个存储节点中的总存储容量是巨大的，这意味着相当可观的前期费用。

目前系统的另一个问题是网络流量的带宽。在目前系统中，流量包括从计算节点到存储节点的流量以及存储节点之间的流量。通常，应保证来自计算节点的I/O请求在特定服务级别协议(SLA)的条款内完成。但是，当工作负载很高时，会发生网络带宽竞争，并且可能无法确保来自计算节点的流量具有足够的网络带宽。

发明内容

为解决目前系统中存在的上述缺陷，本申请公开了一种从计算元件中分解网络存储的系统和方法。该方法所公开的实施例描述了一种三级分解网络，多个无驱动计算节点和多个无驱动存储头(即，没有固态驱动器存储的计算设备)通过计算网络相互连接。存储头管理计算节点的数据访问以及管理存储集群所需的管理操作。存储集群包括通过存储网络连接到存储头的多个NVMeOF存储装置。计算节点和存储头设备不包括任何固态驱动器设备，并且在嵌入在网络接口卡内的NAND闪存装置上存储有一个操作系统，从而实现设备尺寸最小化。由于网络高度分解，因此在这种三级设备之间存在多条流量路由。我们可以根据网络拥塞和带宽限制来对这些流量路由进行优先级排序并重新确定优先级。为了解决流量路由优先考虑的问题，本申请公开了一种优先考虑单个流量路由以确保计算密集型业务优先于存储装置管理业务和其他非关键业务的方法。