CN118964112B - 基于cxl协议的服务质量遥测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于CXL协议的服务质量遥测系统及方法，系统包括：存储单元、产生采样信号的采样模块、用于配置硬件功能的寄存器模块、用于检测反压情况的内部反压监控模块、用于检测内部负载情况的内部负载监控模块、用于统计待处理请求个数的请求计数模块、用于统计完成的请求个数的完成计数模块，设备处理器根据反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息得出设备负载情况，并将设备负载情况返回给cxl.mem响应中。本发明由寄存器配置硬件功能，由设备处理器负责运算部分，起到节约硬件资源以及功能可配的作用。
Description
技术领域
本发明涉及内存设备技术领域，具体是基于CXL协议的服务质量遥测系统及方法。
背景技术
人工智能和大数据等技术的快速发展为人们的生活带来了许多便利，但与此同时，原有的技术也成为了瓶颈，冯诺依曼架构带来的性能墙需要一种新的技术去打破，因此出现了一种新型的高速互联技术CXL (Compute Express Link)。
cxl.mem为CXL技术中的一个子协议，主要目的在于为主机提供一种可直接访问的内存，拓展内存带宽以及内存容量，以此提高总线的性能。
QoS（Quality of Service，服务质量）是一种管理和提高传输性能的技术，通过监控内部负载情况，进行传输任务的调控以及分配，从而提升总线的带宽，降低总线延迟。
CXL 2.0协议中提供一种可在cxl.mem请求的每个响应信息和UIO请求完成信息显示当前设备负载情况的QoS遥测机制。目的在于使存储设备为主机提供即时、持续的负载情况，以便主机可对请求进行动态调节。当设备处于超载时，根据反馈的负载情况，主机可进行限流，反之主机会减少限流，以便提高总线利用率。
CXL QoS遥测主要根据以下三种设备状态判断当前设备负载情况：
内部负载：监控请求队列空间，根据队列空间反映当前负载情况；
出口端口反压状态：由于设备轻负载下，内存设备也可能出现反压的情况，而此时内部负载监控的队列还是处于轻负载的阈值中，因此加入出口端口反压状态监控可更加有效的表示当前设备负载情况；
临时减少吞吐量：某些情况下，内存设备可能因不同原因导致临时减少吞吐量，该状态监控，可向主机预警，以防止因为这些因素导致内部队列出现故障。
然而现有的实现方式占用了大量的硬件资源。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种能够节约硬件资源的基于CXL协议的服务质量遥测系统及方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明的基于CXL协议的服务质量遥测系统，所述系统包括：
采样模块，用于产生采样信号，包括完成计数模块中完成计数器的采样信号、内部反压监控模块中反压百分比更新的采样信号，采样时间及采样间隔可配；
寄存器模块，用于根据设备处理器下发的信息配置服务质量遥测硬件功能以及向设备处理器返回硬件状态；
内部反压监控模块，用于根据采样模块产生的采样信号产生反压百分比，根据反压百分比与内部反压阈值对比获得反压情况，并通过寄存器模块向设备处理器返回反压情况；
内部负载监控模块，用于根据寄存器配置的内部负载阈值与cxl.mem队列待处理的数据得出内部负载情况，并通过寄存器模块向设备处理器返回内部负载情况；
请求计数模块，用于统计当前已有待处理请求的个数，到达最大计数量时请求计数器保持，并通过寄存器模块向设备处理器返回请求计数器信息；
完成计数模块，用于统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，并通过寄存器模块向设备处理器返回完成计数器信息；
设备处理器，用于向寄存器模块下发配置服务质量遥测硬件功能的信息，并根据返回的反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息得出设备负载情况，并将设备负载情况返回至cxl.mem响应中。
本发明的进一步改进在于：存储单元为静态随机存取存储器或动态随机存取存储器。
本发明的进一步改进在于：采样模块包含采样所用慢时钟以及采样监控所用的快时钟，采样信号由采样时间计数器及采样间隔计数器共同产生，采样时间计数器规定每个采样间隔所需要的时间，采样间隔计数器规定采样信号的产生，采样信号产生后经过脉冲展宽，由快时钟同步后传递到完成计数模块、内部反压监控模块以及内部负载监控模块。
本发明的进一步改进在于：完成计数模块由多个完成计数器组成，完成计数器由低位向高位排序，第一个完成计数器统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，到达最大计数量时计数器保持，每次采样信号到达低位完成计数器后向高位完成计数器移动。
本发明的进一步改进在于：设备处理器向寄存器模块下发的信息包括采样时间、采样间隔、内部反压阈值以及内部负载阈值。
本发明的基于CXL协议的服务质量遥测方法，包括如下操作：
设备处理器向寄存器下发信息，寄存器根据设备处理器下发的信息配置服务质量遥测硬件功能并向设备处理器返回硬件状态，所述信息包括采样时间、采样间隔、内部反压阈值以及内部负载阈值；
服务质量遥测进入工作状态，并行产生设备负载计算所需要的信息，包括反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息，其中，反压情况、内部负载情况和完成计数器信息是基于配置的采样间隔、采样时间、内部反压阈值以及内部负载阈值进行采样和比对得到的；
设备处理器根据获取的请求计数器信息、完成计数器信息、反压情况以及内部负载情况得出设备负载情况，并将设备负载情况下发至寄存器，寄存器将设备负载情况返回至cxl.mem响应中，由cxl.mem响应将设备负载情况回复至主机侧。
本发明的进一步改进在于：内部负载情况由寄存器配置的内部负载阈值与cxl.mem队列待处理的数据比对得到。
本发明的进一步改进在于：完成计数器为多个，多个完成计数器由低位向高位排序，第一个完成计数器统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，到达最大计数量时计数器保持，每次采样信号到达低位完成计数器后向高位完成计数器移动。
本发明的进一步改进在于：所述存储单元为静态随机存取存储器或动态随机存取存储器。
本发明的有益效果是：本发明实现内部负载监控，出口端口反压状态监控，在硬件内部实现请求计数器、完成计数器、反压状态以及内部负载状态的产生。同时本发明由寄存器配置硬件功能，由设备处理器负责运算部分，起到节约硬件资源以及功能可配的作用。
附图说明
图1是本发明的基于CXL协议的服务质量遥测系统的硬件实现架构示意图；
图2是本发明实施例中的基于CXL协议的服务质量遥测的工作流程图；
图3是本发明实施例中的采样时间及采样间隔配置流程图；
图4是本发明实施例中的基于CXL协议的服务质量遥测系统架构图；
图5是本发明实施例中的完成计数器工作机制示意图；
图6是本发明实施例中的内部反压监控流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实施例的基于CXL协议的服务质量遥测系统，所述系统包括：
存储单元，用于存储数据，可为静态随机存取存储器（SRAM）或动态随机存取存储器（DRAM）；
采样模块，用于产生采样信号，包括完成计数模块中完成计数器的采样信号、内部反压监控模块中反压百分比更新的采样信号，采样时间及采样间隔可配，其中采样时间定义每个间隔持续的时钟周期，采样间隔定义的是多少个间隔采样一次。采样模块包含采样所用慢时钟以及采样监控所用的快时钟，采样信号由采样时间计数器及采样间隔计数器共同产生，采样时间计数器规定每个采样间隔所需要的时间，采样间隔计数器规定采样信号的产生，如采样时间设定为1，采样间隔设定为2，则采样信号每4个时钟周期触发一次，若采样时间设定为2，采样间隔设定为1，则采样信号每3个时钟周期触发一次。采样信号产生后经过脉冲展宽，由快时钟同步后传递到完成计数模块、内部反压监控模块以及内部负载监控模块；
寄存器模块，用于根据设备处理器下发的信息配置服务质量遥测硬件功能以及向设备处理器返回硬件状态。其中，硬件状态包括反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息；
内部反压监控模块，用于根据存储单元的数据总线的传输情况产生反压标志信号，通过反压标志信号、采样模块产生的采样信号产生反压百分比，根据反压百分比获得反压情况，并通过寄存器模块向设备处理器返回反压情况。其中反压标志信号即由需要监控的负载产生的标志信号，如存储单元的数据总线的传输情况为高电平，则处于反压状态，存储单元的数据总线的传输情况为低电平，则处于正常传输态。由于反压百分比的统计不是实时的，当采样信号为高电平时才会根据反压标志信号来统计反压百分比。
内部负载监控模块，用于根据寄存器配置的内部负载阈值与cxl.mem队列待处理的数据得出内部负载情况，并通过寄存器模块向设备处理器返回内部负载情况，其中内部负载阈值包括多个阈值等级，其中包括中度阈值和重度阈值。其中，cxl.mem队列待处理的数据为从CXL.mem接口出来后，转换为内部数据总线时的中间缓存的队列，内部负载监控模块根据中间缓存的队列处理情况以及内部负载阈值得到内部负载情况。如内部负载阈值依次设置为：轻度阈值：4、中度阈值：8、重度阈值：10，若此时中间缓存的队列待处理数据个数为9，则负载情况为中度；
请求计数模块，用于统计当前已有待处理请求的个数，到达最大计数量时请求计数器保持，并通过寄存器模块向设备处理器返回请求计数器信息；
完成计数模块，用于统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，并通过寄存器模块向设备处理器返回完成计数器信息。完成计数模块由多个完成计数器组成，完成计数器由低位向高位排序，第一个完成计数器统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，到达最大计数量时计数器保持，每次采样信号到达低位完成计数器后向高位完成计数器移动。
设备处理器，用于向寄存器模块下发配置服务质量遥测硬件功能的信息，并根据返回的反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息得出设备负载情况，并将设备负载情况返回至cxl.mem响应中。其中设备处理器向寄存器模块下发的信息包括采样时间、采样间隔、内部反压阈值以及内部负载阈值。
如图3所示，采样时间及采样间隔的配置操作包括：关闭采样使能，清空采样定时器，采样定时器包括采样时间计数器及采样间隔计数器，根据要求设置采样时间和采样间隔并开启采样使能。
如图2所示，本实施例的系统的工作流程包括：
配置寄存器：设备处理器向寄存器下发信息，寄存器根据接收到的信息配置服务质量遥测硬件功能，其中，设备处理器向寄存器下发的信息包括采样时间、采样间隔、内部反压阈值以及内部负载阈值；
服务质量（QoS）遥测进入工作状态，并行产生设备负载计算所需要的信息，包括反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息，其中，反压情况、内部负载情况和完成计数器信息是基于配置的采样间隔、采样时间、内部反压阈值以及内部负载阈值进行采样和比对得到的；设备处理器基于CXL协议定义的内容，根据获取的请求计数器信息、完成计数器信息、反压情况以及内部负载情况得出设备负载情况，并将设备负载情况下发至寄存器，寄存器将设备负载情况返回至cxl.mem响应中，由cxl.mem响应将设备负载情况回复至主机侧。
如图4所示，以SLD（Single Logical Device）设备（单一逻辑设备）为例，将本实施例的系统实施在8个LD（Logical Device）（逻辑单元）的cxl.mem设备中，能够同时监控8路数据通路，产生8路状态。完成计数模块内部包含16个完成计数器，由低位完成计数器向高位完成计数 器排列，序号从0开始排列到15，完成计数器0记录最新的请求完成个数，完成计数器1至完成计数器15记录采样信号来临时完成请求的个数，完成计数器工作机制如图5所示。当采样信号来临时，低位完成计数器的值赋值给高位完成计数器，完成计数器0清零，并且丢弃完成计数器15的值，若为MLD（Multi Logical Device）设备（多逻辑设备），例如实施例中的8个LD的设备，则完成计数器的个数为8*16个。
以SLD设备为例，请求计数模块包含一个请求计数器，请求计数器每收到一个LD请求会递增，收到LD响应时会递减，请求计数器反映了瞬时利用率，对于实施例的MLD设备则有8个请求计数器对应各个LD。
内部负载监控模块通过设备处理器下发的中度阈值以及重度阈值与当前cxl.mem队列中待处理条目的个数比较，得到当前设备的内部负载情况，本实施例中cxl.mem队列深度为16，共8个队列，反映8个LD的内部负载状态。
以SLD为例，内部反压监控模块采用FCBP（Flow Control Backpressured，流控制反压）机制，提供bphist寄存器用于保存100个最近的FCBP样本，提供反压百分比用于与设备管理器下发的中度阈值及重度阈值比较得出当前的反压负载状态，bphist寄存器为移位寄存器，每个采样信号到来时，低位向高位移动，最低位由当前采样样本填充，最高位的样本丢弃，反压百分比由反压信号与bphist寄存器中最旧的样本比较进行增减。内部反压监控模块的工作流程如图6所示。
设备处理器获取到内部负载状态、内部反压负载状态、请求计数器以及完成计数器后，即可根据以上信息以及各个LD的QoS分配比例和QoS限制分数经过一系列运算（由CXL协议定义的内容决定）得到当前的总负载，随后将总负载下发至寄存器模块中，经由cxl.mem响应告知主机状态。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，除非类似这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于CXL协议的服务质量遥测系统，其特征在于：所述系统包括：
存储单元，用于存储数据；
采样模块，用于产生采样信号，包括完成计数模块中完成计数器的采样信号、内部反压监控模块中反压百分比更新的采样信号，采样时间及采样间隔可配；
寄存器模块，用于根据设备处理器下发的信息配置服务质量遥测硬件功能以及向设备处理器返回硬件状态；
内部反压监控模块，用于根据采样模块产生的采样信号产生反压百分比，根据反压百分比与内部反压阈值对比获得反压情况，并通过寄存器模块向设备处理器返回反压情况；
内部负载监控模块，用于根据寄存器配置的内部负载阈值与cxl.mem队列待处理的数据得出内部负载情况，并通过寄存器模块向设备处理器返回内部负载情况；
请求计数模块，用于统计当前已有待处理请求的个数，到达最大计数量时请求计数器保持，并通过寄存器模块向设备处理器返回请求计数器信息；
完成计数模块，用于统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，并通过寄存器模块向设备处理器返回完成计数器信息；
设备处理器，用于向寄存器模块下发配置服务质量遥测硬件功能的信息，并根据返回的反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息得出设备负载情况，并将设备负载情况返回至cxl.mem响应中。
2.根据权利要求1所述的基于CXL协议的服务质量遥测系统，其特征在于：所述存储单元为静态随机存取存储器或动态随机存取存储器。
3.根据权利要求1所述的基于CXL协议的服务质量遥测系统，其特征在于：所述采样模块包含采样所用慢时钟以及采样监控所用的快时钟，采样信号由采样时间计数器及采样间隔计数器共同产生，采样时间计数器规定每个采样间隔所需要的时间，采样间隔计数器规定采样信号的产生，采样信号产生后经过脉冲展宽，由快时钟同步后传递到完成计数模块、内部反压监控模块以及内部负载监控模块。
4.根据权利要求1所述的基于CXL协议的服务质量遥测系统，其特征在于：所述完成计数模块由多个完成计数器组成，完成计数器由低位向高位排序，第一个完成计数器统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，到达最大计数量时计数器保持，每次采样信号到达低位完成计数器后向高位完成计数器移动。
5.根据权利要求1所述的基于CXL协议的服务质量遥测系统，其特征在于：所述设备处理器向寄存器模块下发的信息包括采样时间、采样间隔、内部反压阈值以及内部负载阈值。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于CXL协议的服务质量遥测系统的基于CXL协议的服务质量遥测方法，其特征在于：包括如下操作：
设备处理器向寄存器下发信息，寄存器根据设备处理器下发的信息配置服务质量遥测硬件功能并向设备处理器返回硬件状态，所述信息包括采样时间、采样间隔、内部反压阈值以及内部负载阈值；
服务质量遥测进入工作状态，并行产生设备负载计算所需要的信息，包括反压情况、内部负载情况、请求计数器信息、完成计数器信息，其中，反压情况、内部负载情况和完成计数器信息是基于配置的采样间隔、采样时间、内部反压阈值以及内部负载阈值进行采样和比对得到的；设备处理器根据获取的请求计数器信息、完成计数器信息、反压情况以及内部负载情况得出设备负载情况，并将设备负载情况下发至寄存器，寄存器将设备负载情况返回至cxl.mem响应中，由cxl.mem响应将设备负载情况回复至主机侧。
7.根据权利要求6所述的基于CXL协议的服务质量遥测方法，其特征在于：所述内部负载情况由寄存器配置的内部负载阈值与cxl.mem队列待处理的数据比对得到。
8.根据权利要求6所述的基于CXL协议的服务质量遥测方法，其特征在于：所述完成计数器为多个，多个完成计数器由低位向高位排序，第一个完成计数器统计完成计数器的采样信号到达时完成的请求个数，到达最大计数量时计数器保持，每次采样信号到达低位完成计数器后向高位完成计数器移动。
9.根据权利要求6所述的基于CXL协议的服务质量遥测方法，其特征在于：所述存储单元为静态随机存取存储器或动态随机存取存储器。
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