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计算机I/O总线连接丰富的各类I/O设备,是实现计算机I/O连接及外部扩展的关键技术。随着I/O设备性能的持续攀升,计算机系统总线已从传统的ISA、PCI等共享介质总线发展至基于点点交换的PCI Express(PCI-E)总线。PCI-E交换器(Switch)是实现PCI-E规范的核心组件,采用点到点传输拓扑结构,实现设备到主机的连接,为每个设备提供专用的数据通路和带宽,并通过交换器(Switch)扩展总线链路。随着虚拟化技术的兴起和普及,PCI-E Switch需要支持主机中成百上千个虚拟机对I/O设备的虚拟共享访问,并随着虚拟机的多结点化和网络化,衍生出多根共享PCI-E Switch及PCI-E Switch网络化等新的需求,本文选择对多根PCI-E Switch及其可扩展网络进行研究,具有重要的研究价值和意义。本文首先简单总结了PCI规范的发展历程,对PCI-E总线规范进行了简单介绍,分析了PCI-E Switch向虚拟化、多根化及网络化的发展趋势,重点探讨了当前PCI-E协议支持多根扩展中存在的问题。本文着重研究多根PCI-E Switch及其网络化的实现技术,提出了一种基于Switch内部代理和全局感知网络的PCI-E设备及Function感知方案,在此基础上实现了设备和Function跨结点的网络化分配机制,提出了一种基于Central Buffer的瓦片化Switch内部交换结构,兼具Central Buffer交换架构的高性能和瓦片交换结构的规则性,对Central Buffer的DAMQ实现机制进行了详细介绍。在多根Switch的基础上,本文对PCI-E Switch的网络化扩展进行了分析,并介绍PCI-E交换架构互连规模的限制因素,分析现有的扩展因素,并最终得到最大的网络互连规模,对未来关于PCI-E交换架构的研究提供相关的理论基础,也对工程人员研究新的扩展方法有一定的参考价值。