5G商用導(dǎo)致流量爆發(fā)式增長(zhǎng)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)以及未來(lái)網(wǎng)絡(luò)上龐大的數(shù)據(jù)量不僅對(duì)存儲(chǔ)容量提出了更高要求，云計(jì)算、在線支付、移動(dòng)社交等越來(lái)越多的實(shí)時(shí)交互應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)性能也提出了更加苛刻的要求。為滿足以上應(yīng)用要求，客戶越來(lái)越傾向于使用全閃存存儲(chǔ)。

全閃存存儲(chǔ)面臨的需求及挑戰(zhàn)

云計(jì)算、在線支付、移動(dòng)社交等應(yīng)用，業(yè)務(wù)不同負(fù)載特性也不同，對(duì)存儲(chǔ)的要求也差異較大，這些業(yè)務(wù)對(duì)全閃存存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的需求及挑戰(zhàn)。

性能要求：由于閃存盤(pán)具備低IO訪問(wèn)延時(shí)，高隨機(jī)IO性能的特點(diǎn)，因此客戶全閃存存儲(chǔ)必須能充分發(fā)揮閃存盤(pán)的特點(diǎn)，具備高帶寬、低延時(shí)處理能力，對(duì)全閃存存儲(chǔ)軟件流程要求較高。

成本要求：雖然閃存盤(pán)成本逐年下降，但和機(jī)械盤(pán)相比同等容量下價(jià)格還是要高出幾倍，對(duì)客戶而言全閃存存儲(chǔ)的投資成本還是過(guò)于高昂，因此要求全閃存存儲(chǔ)能提供相應(yīng)的機(jī)制來(lái)有效降低成本。

壽命要求：閃存盤(pán)由于其特殊的架構(gòu)導(dǎo)致其讀寫(xiě)機(jī)制有寫(xiě)放大效應(yīng)，此效應(yīng)對(duì)閃存盤(pán)壽命有極大的影響，因此全閃存磁陣必須有很好的閃存盤(pán)壽命管理能力。

中興通訊全閃存存儲(chǔ)產(chǎn)品KF8200

KF8200為中興通訊新一代全閃存存儲(chǔ)產(chǎn)品，KF8200提供了高至百萬(wàn)級(jí)IOPS、低至百微秒延時(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)，為客戶帶來(lái)極致體驗(yàn)。同時(shí)，KF8200能支持在線數(shù)據(jù)去重、在線數(shù)據(jù)壓縮，滿足極速數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)上，為用戶提供穩(wěn)定、安全的性能保證。

KF8200控制器采用高性能多核處理器，雙控節(jié)點(diǎn)最高提供TB級(jí)的超大高速緩存。整機(jī)3U高度提供30個(gè)NVMe盤(pán)位高密存儲(chǔ)能力。

KF8200支持多種接口閃存盤(pán)，通過(guò)NVMe SSD、SAS SSD不同硬盤(pán)類型的靈活組合，使用有限的投資獲得更大的容量和更高的IO性能。

KF8200支持多塊高密IO接口卡，支持10Gb ETH、16Gb FC、32Gb FC、25Gb ETH、50Gb ETH和100個(gè)ETH接口，滿足不同應(yīng)用需求。

KF8200可以雙控節(jié)點(diǎn)為單位進(jìn)行橫向擴(kuò)展，達(dá)到性能和容量的線性增長(zhǎng)。最大支持16個(gè)節(jié)點(diǎn)，多節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)以太網(wǎng)交換實(shí)現(xiàn) Scale-out 。

由于閃存盤(pán)低IO訪問(wèn)延時(shí)，高隨機(jī)IO性能的特點(diǎn)導(dǎo)致軟件延時(shí)占比占整個(gè)IO路徑時(shí)延顯著增大；同時(shí)性能瓶頸則轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)控制器上，傳統(tǒng)的機(jī)械盤(pán)陣軟件棧效率難以充分發(fā)揮閃存盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)，因此KF8200針對(duì)全閃存盤(pán)的特點(diǎn)由下而上對(duì)存儲(chǔ)軟件進(jìn)行了重構(gòu)。

全新架構(gòu)

為提升效率，降低IO時(shí)延，KF8200采用了全新多核運(yùn)行架構(gòu)，處理器上每一個(gè)核都綁定一個(gè)處理線程，該線程完整處理一個(gè)IO從前端端口到后端介質(zhì)的全流程，避免在多個(gè)核之間轉(zhuǎn)移處理，從而將OS調(diào)度的時(shí)延開(kāi)銷壓到最低。

相應(yīng)的，為消除多線程之間資源沖突，系統(tǒng)資源采取了全分布式設(shè)計(jì)，除少量靜態(tài)全局?jǐn)?shù)據(jù)外，關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都與處理線程邏輯綁定，使得多核性能可以隨著核數(shù)增加而近似線性提升。

IO優(yōu)化

傳統(tǒng)盤(pán)陣IO棧算法的核心在于針對(duì)介質(zhì)特點(diǎn)對(duì)應(yīng)用IO請(qǐng)求進(jìn)行整形和調(diào)度，最大限度發(fā)揮介質(zhì)能力。閃存介質(zhì)與機(jī)械盤(pán)的IO特征存在顯著不同，傳統(tǒng)盤(pán)陣軟件棧圍繞機(jī)械盤(pán)特性做的優(yōu)化措施，反而會(huì)阻礙和限制閃存性能的發(fā)揮。因此，KF8200產(chǎn)品針對(duì)全閃設(shè)計(jì)全新的IO算法。

相比機(jī)械盤(pán)，閃存介質(zhì)隨機(jī)IO性能要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而順序IO能力的提升則相對(duì)較小。針對(duì)機(jī)械盤(pán)的IO合并和排序算法，對(duì)于全閃機(jī)制來(lái)說(shuō)收益不大，而且還引入了額外的時(shí)延，需要去掉或優(yōu)化，例如通過(guò)智能識(shí)別IO特征來(lái)確定IO使用或者繞開(kāi)讀寫(xiě)緩存。

閃存盤(pán)和機(jī)械盤(pán)的內(nèi)部構(gòu)造有本質(zhì)不同，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了機(jī)械盤(pán)無(wú)法支持高并發(fā)的IO訪問(wèn)，而閃存盤(pán)內(nèi)部多顆粒完全并發(fā)能夠顯著提升吞吐能力。KF8200軟件在數(shù)據(jù)分布，IO調(diào)度上針對(duì)閃存介質(zhì)做了充分適配，可顯著提升系統(tǒng)性能。

壽命優(yōu)化

KF8200針對(duì)系統(tǒng)中存儲(chǔ)介質(zhì)空間內(nèi)建細(xì)粒度索引，同時(shí)使用ROW機(jī)制寫(xiě)入，使得所有寫(xiě)入介質(zhì)的IO在物理地址連續(xù)，局部到每個(gè)擦寫(xiě)塊上，都是順序滿塊寫(xiě)入，基本消除非滿條帶小數(shù)據(jù)塊的原地覆蓋寫(xiě)；全局的垃圾回收機(jī)制可達(dá)成介質(zhì)上每個(gè)擦寫(xiě)塊都是在寫(xiě)滿或者接近寫(xiě)滿狀態(tài)下進(jìn)行擦除，二者結(jié)合可以極大降低IO寫(xiě)放大，從而成倍提升介質(zhì)壽命。

所有的寫(xiě)IO在各盤(pán)之間合理均衡調(diào)度，使得存儲(chǔ)池中的盤(pán)使用壽命盡量維持均衡，避免部件提前失效；在系統(tǒng)介質(zhì)壽命尾期，可以通過(guò)對(duì)部分盤(pán)加大寫(xiě)入量來(lái)加速個(gè)別部件失效，以防止批量部件失效導(dǎo)致服務(wù)中斷或數(shù)據(jù)丟失。

系統(tǒng)管理軟件保持對(duì)所有的閃存盤(pán)定期檢測(cè)，對(duì)使用壽命做出智能預(yù)測(cè)，并在故障發(fā)生前轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，降低故障影響。

能耗優(yōu)化

閃存盤(pán)與機(jī)械盤(pán)能耗管理方式雖然大不相同，但目標(biāo)都是根據(jù)外部負(fù)載情況來(lái)調(diào)整工作狀態(tài)，在存儲(chǔ)性能和能耗之間均衡。機(jī)械盤(pán)能耗管理帶來(lái)的負(fù)面作用比較明顯，例如會(huì)大大增加極端情況下IO延時(shí)，因此只能用在特定場(chǎng)景（例如備份，視頻監(jiān)控等）中，而閃存盤(pán)的能耗控制則更為靈活也更實(shí)用。

KF8200在能耗管理策略上給用戶提供多種選擇，例如限制系統(tǒng)功耗門(mén)限，根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)整最佳功耗等，可以在應(yīng)用基本無(wú)感知情況下有效減低系統(tǒng)能耗，從而降低用戶使用成本。

數(shù)據(jù)空間效率優(yōu)化

數(shù)據(jù)去重和壓縮在特定應(yīng)用場(chǎng)景下可以有效提升存儲(chǔ)空間利用效率，降低單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本，在閃存介質(zhì)相比機(jī)械盤(pán)成本依然較高的當(dāng)下，壓縮去重功能大大促進(jìn)了全閃存存儲(chǔ)的市場(chǎng)接受度。

KF8200實(shí)現(xiàn)了在線的基于細(xì)粒度數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)壓縮和去重功能，并可選配置專用硬件加速卡，保證了壓縮去重功能開(kāi)啟后的IO性能無(wú)明顯減低。實(shí)測(cè)在典型OLTP應(yīng)用，有效空間可提升3~10倍；在典型VDI等虛擬化應(yīng)用中，有效空間可提升5~20倍。

KF8200默認(rèn)支持精簡(jiǎn)卷功能，按實(shí)際寫(xiě)入數(shù)據(jù)量分配物理空間。如前述，精簡(jiǎn)卷功能可以提升空間效率，簡(jiǎn)化用戶容量規(guī)劃和配置，減少用戶投資。

結(jié)語(yǔ)

中興通訊全閃存存儲(chǔ)KF8200提供了高性能的數(shù)據(jù)處理、大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高帶寬低延時(shí)的IO能力，為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)中心、大數(shù)據(jù)分析以及人工智能面向未來(lái)存儲(chǔ)的需求，提出了更新的解決方案。

責(zé)任編輯：gt