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SmartX + 傲腾:引领下一阶段超融合创新

原创 服务器/存储 作者:陶然 时间:2020-08-07 10:31:57 0 删除 编辑

  近年来,超融合技术已经成为现代数据中心流行的基础架构解决方案。凭借其架构简单、易于扩展等优势,超融合应用范围越来越广泛,从VDI、研发测试等场景逐渐扩展到生产环境。

  以SmartX为例,目前已经有诸多金融、制造业、商业连锁等行业客户使用SmartX超融合产品运行生产业务负载,更有一部分用户在评估未来将核心业务迁移到超融合环境中。但相对于物理机和全闪磁盘阵列方案,用户对基于虚拟化平台的超融合系统性能延迟还存在顾虑,导致核心系统始终未被整合到超融合系统当中。

  另一方面,英特尔傲腾技术,尤其是傲腾持久内存,正以其低延迟、持久化存储等突破性特性为超融合系统带来更多可能性。SmartX基于用户核心业务需求,通过对傲腾持久内存的充分利用和优化,以及对SMTX OS进行的升级,推出了基于SMTX OS与英特尔傲腾持久内存的高性能、超低延迟超融合解决方案。

  傲腾是英特尔推出的全新存储技术,它允许记忆单元独立寻址,无需晶体管,并且支持堆叠的架构,也称为3D-XPoint。傲腾技术支持不同形态的封装,既可以作为内存使用,也可以作为存储使用。其中傲腾持久内存就是以内存形态封装,支持像普通内存一样插在内存槽使用。

  傲腾持久内存具备极高的性能和只有不到1us的延时(是NAND Flash延时的千分之一),仅次于内存的延时。它的最高读写速度是普通SATA SSD(NAND Flash)的1000倍以上,而且性能稳定,抖动小。

  基于英特尔傲腾持久内存的高性能,低延时,非易失等特性,SmartX希望打造以Optane DC Persistent Memory(PMEM)作为缓存,NVMe NAND SSD作为存储介质的全闪超融合解决方案。这个方案将大幅度改善业务系统延时,使得SMTX OS产品可应用于对延迟要求最苛刻的核心业务。使用该方案,SmartX超融合一体机三个节点的最小系统即可达到120万IOPS,而且虚拟机端的IO延时可从ms级别降低至us级别。

  SMTX OS是SmartX软件超融合产品,SMTX OS以软件定义的方式和分布式架构为用户提供集成虚拟计算、虚拟存储及虚拟网络等基础架构服务。SMTX OS可运行在x86商用服务器硬件之上,以分布式集群进行部署,多个节点之间通过高速以太网互连,并支持横向扩展(scale-out )。

   SMTX OS具备以下特性:

  简单:SMTX OS计算与存储融合,架构精简,易于管理。

  易于扩展:SMTX OS以分布式架构部署,易于扩展,支持在线增加节点以扩展容量和性能。

  高可用:SMTX OS支持VM高可用,异步备份,甚至是双活集群,可提供不同层面的业务连续性保护。

  良好的开放性:SMTX OS对硬件和计算虚拟化平台都具备良好的开放性,虚拟化不仅支持SmartX原生的ELF(KVM-based),还支持VMware、Citrix虚拟化平台,并支持市场主流的服务器硬件。

  在现有SMTX OS软件栈中,一个IO请求会经过:计算虚拟化层、网络层和存储层。

  IO请求在经过每一层系统时,都会带来额外的性能开销,这些性能开销来自于上下文切换,系统中断以及内存拷贝等等。为了充分发挥PMEM的性能,解决方案对这三个层次分别进行优化,以做到端到端的IO加速。而该方案面临的最大挑战,就是如何在CPU资源受限的情况,最大化存储系统的性能。

  解决方案最小规模依旧为3个服务器节点,多个节点之间通过25GbE(或100GbE)RDMA网络互联,组建SMTX OS超融合集群。

   Optane持久内存缓存加速工作原理

  虚拟机的IO优先写入本地Optane持久内存缓存,并通过高速RDMA网络将IO副本写入远程节点上的Optane持久内存缓存,等待所有副本写入持久内存后才会返回,以保证数据一致性。凭借持久内存低延时、高性能特性,虚拟机业务将获得前所未有的性能体验。

  持久内存上的数据如果变 ”冷”,系统将自动将数据下刷到NVMe SSD存放,保证只需要少量的持久内存设备就可以持续为业务加速。如果 “冷数据” 重新被访问,数据会从NVMe SSD重新调入持久内存,保证经常被访问的 “热数据” 可驻留在持久内存以获得最佳的响应速度。而同时NVMe SSD也保证了数据调入的速度足够迅速。

   异步访问持久内存,以有限的CPU资源获取最大的带宽

  数据从内存写入持久内存设备需执行内存复制的操作。而内存复制是一种串行操作,在任务完成之前不会释放CPU资源,对CPU性能消耗比较大。因此,如果以默认的方式将数据同步写入 持久内存,CPU资源将受到内存复制影响而被大量占用,无法处理其他任务,整体效能相对较低。

  如需要进一步提升持久内存的带宽必需增加CPU core数量,通过多个CPU核心并发访问获得更大的带宽性能。但这种方式是与超融合架构的理念是相悖的,超融合架构应该尽可能地压缩系统本身的开销,留出更多的计算资源提供给虚拟机使用,而不是无限制地占用CPU资源。

  为了保证在有限的CPU资源下提升持久内存的带宽性能,SmartX技术团队创新地引入了IO/AT DMA引擎实现了异步写入持久内存的机制,使得单个CPU core的最大写入带宽提升至10GB/s。

  SMTX OS在几乎没有增加额外CPU资源的情况下支持持久内存设备,并获得了2.5倍的性能提升。

   存储引擎优化

  利用持久内存访问特性,SMTX ZBS存储引擎进行了优化,改善了市面上大部分全闪产品都会遇到的问题。

  SMTX ZBS每个节点都会在本地运行一个IO处理逻辑,称作LSM (Local Storage Management),它负责本地缓存设备和存储设备的管理。

   通过以上架构改进与性能指标可以看到,基于SMTX OS和Intel Optane持久内存的超融合方案具有以下亮点:

  1. 方案实现从Hypervisor到存储网络以及存储介质的端到端优化。

  2. 仅占用少量计算资源,最小系统三节点即可达到甚至超过中高端全闪阵列指标,而应用端延迟远低于中高端全闪磁盘阵列。

  3. 而相比中高端磁盘阵列,SmarX超融合产品的总拥有成本、系统弹性和易维护性具有巨大优势。

   基于SMTX OS和Intel Optane持久内存的超融合方案,将在以下场景为用户带来价值:

  1. 交易类数据库应用为主的高并发,低延迟IO的场景,并提供:a. 端到端的超低延迟和高并发性能。b. 简单、弹性的系统架构。

  2. 数据中心整合,并提供:a. 更高性能带来更高虚拟机密度。b. 进一步简化IT,降低总拥有成本。

  作为国内最早投入并且专注在超融合领域的厂商,SmartX 拥有国内顶尖的超融合及分布式块存储研发团队,从初始阶段就坚持自主研发核心技术而非基于开源,具有强大的差异化竞争优势。同时,SmartX 始终坚持本土研发和本地化服务,为用户提供包括实施安装、培训、售后上门等一系列原厂服务,能够最大限度为用户提供高效可靠的原厂支持,使用户的IT基础架构获得 “360度” 服务保障。

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