SmartX + 傲騰：引領(lǐng)下一階段超融合創(chuàng)新

　　近年來，超融合技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心流行的基礎(chǔ)架構(gòu)解決方案。憑借其架構(gòu)簡單、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢，超融合應(yīng)用范圍越來越廣泛，從VDI、研發(fā)測試等場景逐漸擴(kuò)展到生產(chǎn)環(huán)境。

　　以SmartX為例，目前已經(jīng)有諸多金融、制造業(yè)、商業(yè)連鎖等行業(yè)客戶使用SmartX超融合產(chǎn)品運(yùn)行生產(chǎn)業(yè)務(wù)負(fù)載，更有一部分用戶在評估未來將核心業(yè)務(wù)遷移到超融合環(huán)境中。但相對于物理機(jī)和全閃磁盤陣列方案，用戶對基于虛擬化平臺的超融合系統(tǒng)性能延遲還存在顧慮，導(dǎo)致核心系統(tǒng)始終未被整合到超融合系統(tǒng)當(dāng)中。

　　另一方面，英特爾傲騰技術(shù)，尤其是傲騰持久內(nèi)存，正以其低延遲、持久化存儲等突破性特性為超融合系統(tǒng)帶來更多可能性。SmartX基于用戶核心業(yè)務(wù)需求，通過對傲騰持久內(nèi)存的充分利用和優(yōu)化，以及對SMTX OS進(jìn)行的升級，推出了基于SMTX OS與英特爾傲騰持久內(nèi)存的高性能、超低延遲超融合解決方案。

　　傲騰是英特爾推出的全新存儲技術(shù)，它允許記憶單元獨(dú)立尋址，無需晶體管，并且支持堆疊的架構(gòu)，也稱為3D-XPoint。傲騰技術(shù)支持不同形態(tài)的封裝，既可以作為內(nèi)存使用，也可以作為存儲使用。其中傲騰持久內(nèi)存就是以內(nèi)存形態(tài)封裝，支持像普通內(nèi)存一樣插在內(nèi)存槽使用。

　　傲騰持久內(nèi)存具備極高的性能和只有不到1us的延時(shí)（是NAND Flash延時(shí)的千分之一），僅次于內(nèi)存的延時(shí)。它的最高讀寫速度是普通SATA SSD（NAND Flash）的1000倍以上，而且性能穩(wěn)定，抖動小。

　　基于英特爾傲騰持久內(nèi)存的高性能，低延時(shí)，非易失等特性，SmartX希望打造以O(shè)ptane DC Persistent Memory（PMEM）作為緩存，NVMe NAND SSD作為存儲介質(zhì)的全閃超融合解決方案。這個(gè)方案將大幅度改善業(yè)務(wù)系統(tǒng)延時(shí)，使得SMTX OS產(chǎn)品可應(yīng)用于對延遲要求最苛刻的核心業(yè)務(wù)。使用該方案，SmartX超融合一體機(jī)三個(gè)節(jié)點(diǎn)的最小系統(tǒng)即可達(dá)到120萬IOPS，而且虛擬機(jī)端的IO延時(shí)可從ms級別降低至us級別。

　　SMTX OS是SmartX軟件超融合產(chǎn)品，SMTX OS以軟件定義的方式和分布式架構(gòu)為用戶提供集成虛擬計(jì)算、虛擬存儲及虛擬網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)。SMTX OS可運(yùn)行在x86商用服務(wù)器硬件之上，以分布式集群進(jìn)行部署，多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過高速以太網(wǎng)互連，并支持橫向擴(kuò)展（scale-out ）。

　　 SMTX OS具備以下特性：

　　簡單：SMTX OS計(jì)算與存儲融合，架構(gòu)精簡，易于管理。

　　易于擴(kuò)展：SMTX OS以分布式架構(gòu)部署，易于擴(kuò)展，支持在線增加節(jié)點(diǎn)以擴(kuò)展容量和性能。

　　高可用：SMTX OS支持VM高可用，異步備份，甚至是雙活集群，可提供不同層面的業(yè)務(wù)連續(xù)性保護(hù)。

　　良好的開放性：SMTX OS對硬件和計(jì)算虛擬化平臺都具備良好的開放性，虛擬化不僅支持SmartX原生的ELF（KVM-based），還支持VMware、Citrix虛擬化平臺，并支持市場主流的服務(wù)器硬件。

　　在現(xiàn)有SMTX OS軟件棧中，一個(gè)IO請求會經(jīng)過：計(jì)算虛擬化層、網(wǎng)絡(luò)層和存儲層。

　　IO請求在經(jīng)過每一層系統(tǒng)時(shí)，都會帶來額外的性能開銷，這些性能開銷來自于上下文切換，系統(tǒng)中斷以及內(nèi)存拷貝等等。為了充分發(fā)揮PMEM的性能，解決方案對這三個(gè)層次分別進(jìn)行優(yōu)化，以做到端到端的IO加速。而該方案面臨的最大挑戰(zhàn)，就是如何在CPU資源受限的情況，最大化存儲系統(tǒng)的性能。

　　解決方案最小規(guī)模依舊為3個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過25GbE（或100GbE）RDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，組建SMTX OS超融合集群。

　　 Optane持久內(nèi)存緩存加速工作原理

　　虛擬機(jī)的IO優(yōu)先寫入本地Optane持久內(nèi)存緩存，并通過高速RDMA網(wǎng)絡(luò)將IO副本寫入遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)上的Optane持久內(nèi)存緩存，等待所有副本寫入持久內(nèi)存后才會返回，以保證數(shù)據(jù)一致性。憑借持久內(nèi)存低延時(shí)、高性能特性，虛擬機(jī)業(yè)務(wù)將獲得前所未有的性能體驗(yàn)。

　　持久內(nèi)存上的數(shù)據(jù)如果變 ”冷”，系統(tǒng)將自動將數(shù)據(jù)下刷到NVMe SSD存放，保證只需要少量的持久內(nèi)存設(shè)備就可以持續(xù)為業(yè)務(wù)加速。如果 “冷數(shù)據(jù)” 重新被訪問，數(shù)據(jù)會從NVMe SSD重新調(diào)入持久內(nèi)存，保證經(jīng)常被訪問的 “熱數(shù)據(jù)” 可駐留在持久內(nèi)存以獲得最佳的響應(yīng)速度。而同時(shí)NVMe SSD也保證了數(shù)據(jù)調(diào)入的速度足夠迅速。

　　 異步訪問持久內(nèi)存，以有限的CPU資源獲取最大的帶寬

　　數(shù)據(jù)從內(nèi)存寫入持久內(nèi)存設(shè)備需執(zhí)行內(nèi)存復(fù)制的操作。而內(nèi)存復(fù)制是一種串行操作，在任務(wù)完成之前不會釋放CPU資源，對CPU性能消耗比較大。因此，如果以默認(rèn)的方式將數(shù)據(jù)同步寫入 持久內(nèi)存，CPU資源將受到內(nèi)存復(fù)制影響而被大量占用，無法處理其他任務(wù)，整體效能相對較低。

　　如需要進(jìn)一步提升持久內(nèi)存的帶寬必需增加CPU core數(shù)量，通過多個(gè)CPU核心并發(fā)訪問獲得更大的帶寬性能。但這種方式是與超融合架構(gòu)的理念是相悖的，超融合架構(gòu)應(yīng)該盡可能地壓縮系統(tǒng)本身的開銷，留出更多的計(jì)算資源提供給虛擬機(jī)使用，而不是無限制地占用CPU資源。

　　為了保證在有限的CPU資源下提升持久內(nèi)存的帶寬性能，SmartX技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地引入了IO/AT DMA引擎實(shí)現(xiàn)了異步寫入持久內(nèi)存的機(jī)制，使得單個(gè)CPU core的最大寫入帶寬提升至10GB/s。

　　SMTX OS在幾乎沒有增加額外CPU資源的情況下支持持久內(nèi)存設(shè)備，并獲得了2.5倍的性能提升。

　　 存儲引擎優(yōu)化

　　利用持久內(nèi)存訪問特性，SMTX ZBS存儲引擎進(jìn)行了優(yōu)化，改善了市面上大部分全閃產(chǎn)品都會遇到的問題。

　　SMTX ZBS每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會在本地運(yùn)行一個(gè)IO處理邏輯，稱作LSM (Local Storage Management)，它負(fù)責(zé)本地緩存設(shè)備和存儲設(shè)備的管理。

　　 通過以上架構(gòu)改進(jìn)與性能指標(biāo)可以看到，基于SMTX OS和Intel Optane持久內(nèi)存的超融合方案具有以下亮點(diǎn)：

　　1. 方案實(shí)現(xiàn)從Hypervisor到存儲網(wǎng)絡(luò)以及存儲介質(zhì)的端到端優(yōu)化。

　　2. 僅占用少量計(jì)算資源，最小系統(tǒng)三節(jié)點(diǎn)即可達(dá)到甚至超過中高端全閃陣列指標(biāo)，而應(yīng)用端延遲遠(yuǎn)低于中高端全閃磁盤陣列。

　　3. 而相比中高端磁盤陣列，SmarX超融合產(chǎn)品的總擁有成本、系統(tǒng)彈性和易維護(hù)性具有巨大優(yōu)勢。

　　 基于SMTX OS和Intel Optane持久內(nèi)存的超融合方案，將在以下場景為用戶帶來價(jià)值：

　　1. 交易類數(shù)據(jù)庫應(yīng)用為主的高并發(fā)，低延遲IO的場景，并提供：a. 端到端的超低延遲和高并發(fā)性能。b. 簡單、彈性的系統(tǒng)架構(gòu)。

　　2. 數(shù)據(jù)中心整合，并提供：a. 更高性能帶來更高虛擬機(jī)密度。b. 進(jìn)一步簡化IT，降低總擁有成本。

　　作為國內(nèi)最早投入并且專注在超融合領(lǐng)域的廠商，SmartX 擁有國內(nèi)頂尖的超融合及分布式塊存儲研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從初始階段就堅(jiān)持自主研發(fā)核心技術(shù)而非基于開源，具有強(qiáng)大的差異化競爭優(yōu)勢。同時(shí)，SmartX 始終堅(jiān)持本土研發(fā)和本地化服務(wù)，為用戶提供包括實(shí)施安裝、培訓(xùn)、售后上門等一系列原廠服務(wù)，能夠最大限度為用戶提供高效可靠的原廠支持，使用戶的IT基礎(chǔ)架構(gòu)獲得 “360度” 服務(wù)保障。