浪潮雲海超融合一體機提升存儲性能 支撐關鍵業務高效運行
北京2022年10月19日 /美通社/ -- 作為一種軟硬一體化的基礎設施架構，超融合具備易運維、易部署等優勢，在多種行業與場景中得到了廣泛應用。在金融、醫療等行業的部署中，面向數據庫等場景的超融合一體機面臨着巨大的存儲性能挑戰，用户需要提升數據吞吐能力並降低時延，以支撐關鍵型業務的高效運行。
為提升存儲子系統的性能，浪潮使用了存儲性能開發套件(SPDK)，並通過NVMe over Fabrics(NVMe-oF)協議進行加速。NVMe-oF協議作為iSCSI協議的替代者，可以讓主機以使用本機 NVMe協議方式訪問分佈式存儲，提供低延時、高吞吐的塊存儲設備，解決了內核態驅動讀寫NVMe磁盤時可能會出現的內核上下文切換和CPU中斷問題。優化後的方案能夠為客户虛擬機提供高性能的分佈式存儲，降低總體時延和減少時延差異。
金融與醫療行業面臨存儲性能瓶頸
近年來，越來越多的金融與醫療機構開始擁抱超融合，希望通過部署超融合一體機等方式，對硬件加以重構，以軟件定義的方式打造靈活高效的IT基礎設施。在擁抱超融合的同時，金融與醫療機構也非常關注超融合能否提供強大的存儲能力。
如今NVMe SSD的IOPS已經遠遠高出HDD磁盤，時延從毫秒壓縮到微秒，系統的性能瓶頸也由存儲硬件本身逐漸轉移到網絡及處理器上。傳統文件系統和調度器等方法由於無法充分發揮新存儲介質的性能，成為存儲系統的新瓶頸，具體包括：
- 利用常規的NVMe內核驅動讀寫NVMe磁盤時，會遇到內核上下文切換和CPU中斷問題。在高性能的全閃存儲中，中斷意味着時延的不確定，會導致較大時延和性能開銷。
- 在傳統的I/O模型中，應用程序提交讀寫請求後進入睡眠狀態。待I/O完成後，中斷會將其喚醒，中斷開銷成為了整個I/O時間中非常重要的一部分。
浪潮雲海超融合一體機**InCloud Rail實現多維創新
作為新一代超融合解決方案，浪潮雲海超融合一體機InCloud Rail通過軟件定義的計算、存儲和網絡技術實現了服務器的資源池化，使整個IT環境比單獨的物理硬件具有更高的可用性、安全性和擴展性，能夠有效滿足企業對於降低成本、簡化管理、提高安全性和擴展性的需求，助力企業向雲計算遷移核心業務、構建企業雲數據中心。
InCloud Rail實現了存儲資源的池化和統一管理，並通過全閃存架構的軟件定義存儲SmartONE支持異構算力的融合。SmartONE採用etcd組件作為集羣管理，負責分佈式存儲的節點的關係、節點之間的元數據傳遞及一致性等。在資源管理方面SmartONE提供了qemu、iSCSI和NVMe-oF的服務入口，對接VDI卷管理入口，對外提供存儲資源。在對象存儲方面，SmartONE主要接收VDI的IO請求，根據數據分佈算法調度到相關節點，根據副本策略和EC規則調用Gateway分發到分佈式存儲的存儲節點。
為了滿足數據庫等即時讀寫、隨機訪問超大規模數據集等場景對於存儲性能的嚴苛要求， InCloud Rail除了探索使用新一代存儲介質之外，在SmartONE分佈式存儲的單機存儲引擎、NVMe-oF存儲服務等模塊中，採用了SPDK進行優化。
單機存儲引擎方面，浪潮SmartONE分佈式存儲基於SPDK的NVMe驅動實現了高性能底座，支持和NVMe磁盤設備直接交互，同時採用無鎖設計，並行處理IO命令。此外，NVMe上層實現了專屬NVMe的單機存儲引擎系統，該引擎系統通過基於內存的元數據和日誌管理系統，有效避免了傳統文件系統的雙寫問題。測試數據顯示，浪潮SmartONE分佈式存儲的單機存儲引擎幾乎達到了NVMe物理硬盤支持的性能上限。
NVMe-oF 分佈式存儲服務方面，NVMe-oF分佈式存儲服務為超融合平台提供兩種塊服務解決方案，其一是採用vhost-user技術方案，可以為虛擬機提供更短的IO路徑；其二是作為存儲服務，為服務器提供NVMe-oF的TCP/RDMA的塊服務。SmartONE利用SPDK vhost-user技術，直接消除Guest虛擬機通過PCIE方式訪問NVMe設備，避免內核更新PCI配置空間；同時直接在用户態捕獲QEMU虛擬IO，以零拷貝方式將數據傳輸到存儲系統中。
SmartONE支持以NVMe-oF存儲協議方式提供塊存儲服務，它可以提供TCP和RDMA兩種形式的外部訪問。NVMe-oF存儲協議作為iSCSI協議的替代者，可以讓主機以使用本機NVMe協議的方式訪問分佈式存儲，提供低延時、高吞吐的塊存儲設備。
消除性能瓶頸，打造高性能存儲
浪潮SmartONE分佈式存儲系統能夠充分發揮NVMe固態盤的性能潛力，應對在IOPS和時延方面有着較高要求的數據庫應用場景。
- 顯著提升存儲系統的性能，並降低數據時延，能夠滿足有着苛刻要求的數據庫應用場景，同時有效控制分佈式存儲系統的總體擁有成本（TCO）；
- 集成於超融合一體機中，能夠通過一體機所預置的虛擬化平台、雲管理平台、快速部署工具以及相關的工作流程，顯著簡化部署、管理和運維工作的複雜性。
未來，浪潮還將堅持以用户為中心，緊密結合前沿技術發展趨勢與市場需求，持續創新引領、迭代優化，打造集融合至簡、性能不凡、強大可靠、開放生態特性於一身的超融合一體機，持續為用户業務上雲、數字化轉型升級貢獻力量。