解决服务器数据传输瓶颈的IO技术.doc

解决服务器数据传输瓶颈的I/O技术联想服务器网络事业部 张晓力 数据传输一直是IA架构服务器的一个弱点，因为CPU处理能力的提高速度远远超过磁盘和网络I/O速度。如果磁盘和网络I/O的速度得不到有效提高，那么处理器的速度再快也没有多大意义。因此，为优化整体系统性能， CPU、局部存储器和I/O设备必须协同工作才能为最终用户提供一个有效的工作环境。如果系统的某一方面（如I/O）成为瓶颈，系统的整体性能必定会受到影响。在客户/服务器计算环境中这一点尤为突出，因为该环境中最终用户严重依赖于数据、应用程序、外设等网络资源，并需要与网络上的其他用户进行交互。 认真比较一下IA架构服务器和RISC体系结构服务器，人们不难发现其最大区别是I/O结构。IA架构是通过ISA、PCI总线来进行I/O的，而RISC 系统则是以“交换”方式来进行I/O。这种体系结构上的差异，不仅对系统性能而且对可靠性、稳定性都会造成重大影响。为了适应人们对IA架构服务器新的需求，IA架构服务器的体系结构正在发生巨大变革，导致产生这种变革的根本方法并不是在处理器内嵌入二级（L2）高速缓存以提高访问速度，而是设法改善它的薄弱环节I/O性能。 改进PCI总线 目前广泛应用的PCI总线还是在486时代就已经开始使用的运行在33MHz的32位PCI总线，从那时起到现在，CPU的速度已提高了10倍以上。前不久，Intel和AMD已发布了运行在1GHz的CPU，二者之间的差距将会越拉越大。现在 Intel和其他几家最大的PC供应商正试图改变这一状况。目前，已推出了64位/33MHz PCI 总线，最近又推出了64位/66MHz PCI总线，把PCI总线的吞吐量提高到4.2Gbps。对于使用32位/33MHz PCI的用户来说，64位/33MHz PCI无疑是一种巨大的进步，在最大速度下运行的64位/66MHz PCI总线的性能是32位/33MHz PCI总线的4倍。 Ultra160第五代SCSI总线 对于低端PC来说显得过于昂贵的SCSI技术在需要高性能的网络服务器和工作站领域却得到了广泛的应用，现在已经成为网络服务器的标准接口选择。从SCSI-1最初的5MB/s到今天的160MB/s，SCSI一直提供优异的性能表现，预计到2001年，SCSI将达到320MB/s的速度。 Ultra160 SCSI第五代SCSI，在完全支持以前的SCSI 设备的同时，其性能达到Ultra2 SCSI标准（最高80MB/s）的2倍。Ultra160 SCSI在每个时钟周期内发送的是两位数据而不是一位，因而比Ultra2 SCSI有更高的吞吐量。双边界时钟是Ultra160 SCSI提高现有的设计方案的几种先进特点之一。此外，Ultra160 SCSI为原来的 SCSI设备提供了完全的向后兼容性。一块单一的Ultra160 SCSI卡可以连接老设备和新设备，包括硬盘驱动器、CD-ROM、磁带驱动器、光盘存储以及扫描仪。 域确认和循环冗余检测（CRC）技术增强了系统的可靠性。域确认不光为SCSI技术设置可靠的速度限制，同时管理软件还可利用它监视性能、进行总线的调整以获得更大的吞吐量、预测可能出现的问题，并提示管理员进行必要的维护。循环冗余检测技术保证所有的数据以正确的形式达到正确的目的地。每个数据块包含数字编码形式的多余比特，接收设备可以验证其内容。 在未来几年内，Ultra SCSI设计将从新技术中获益，如最高速度从160MB/s提高到320MB/s以及640MB/s、带宽密度的提高以及改进的封装允许在一个PCI主机适配器上连接多达60个设备。SCSI外围设备将继续成为高性能工作站和服务器的选择。 智能化输入/输出（I2O） 为了满足在不同种类的操作系统间及在各种主机平台之间移植设备驱动程序，并满足人们对分布式、智能化输入/输出处理日益高涨的要求， I2O规范出现了。其基本目标是开发一种既与被控制的专门设备无关，也与具体的主机操作系统无关的设备驱动程序体系结构。这些无关性是逻辑上把驱动程序中用于管理设备的部分与驱动程序中与特定操作系统相关的具体实现部分分开。这种方法（或这样的驱动程序体系结构）使我们可以在不同操作系统间移植驱动程序中用于管理设备的部分。 I2O还能隐藏各种机制之间的通信本质，从而提供处理器独立性和总线技术独立性。 I2O的设计实现了智能化输入/输出子系统，并支持多个独立处理器之间的消息传递。目前设备驱动程序体系结构的各个层上都有中断密集型输入/输出任务，I2O的智能化的输入/输出体系结构将把主机从这些任务中解放出来，极大地改善了系统的输入/输出性能。与I2O兼容的系统能更有效地满足范围广泛的高带宽应用程序,如网络视频、群件和客户/服务器处理对输入输出吞吐量的要求。同时，I2O对这些层次模块的执行环境没有限制：支持单处理器、多处理器和集群系统。 I2O还提供了一种极具发展前景的设备驱动程序模式，可以替代传统的程序结构，但它并不打算创造一个全新的接口，并取代目前正在使用的设备驱动程序体系结构。I2O的目的是提供一种开放的、基于标准的方法，既能改进现有的驱动程序，又为新一代可移植、智能化输入输出解决方案的快速发展提供一个框架。 I2O规范将被用于系统、网络和外围设备接口卡。操作系统经销商也将使用I2O规范简化构造、维护高性能输入/输出子系统的繁重劳动。 面对这种I/O性能的巨大进步，联想万全服务器率先响应了这种IA架构的变革，从PCI、SCSI总线和I2O这三方面解决了I/O子系统成为服务器“瓶颈”的问题，彻底打破了I/O对服务器处理性能的限制。在最近推出的万全 4200、4600r、8000r、3200C中采用了64位/66MHz PCI总线；在万全4200、4600r、 3200C中采用了Ultra160总线；万全2400C、3200C、4200和4600r中所采用的RAID卡也全面支持I2O技术。所有这些为提高万全服务器I/O吞吐量起了巨大的作用，拉近了磁盘和网络I/O与 CPU处理能力间的差距，优化了服务器整体性