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基于 NVMe Over TCP的漫衍式全闪存存储解决计划
随着互联网，物联网，人工智能等现代科技的生长和大规模应用，数据规模呈几何式增长，数据的存储和使用面临新的挑战。pg电子官网与英特尔联合 Lightbits Labs提供基于 NVMe/TCP的全闪存存储解决计划。以技术革新推动业务立异，资助用户应用最先进的架构来实现云和数据中心基础设施立异优化，助力企业存储技术实现性能突破。
随着大数据、云盘算、物联网等新兴技术的快速生长，全世界已经进入数字经济时代，存储技术作为数字时代生长的基石，在已往的十年中爆发了翻天覆地的变革。以闪存为代表的新型存储介质在性能和延迟方面比机械硬盘有了数量级的提升，固态硬盘开始逐步取代机械硬盘成为主流存储设备。为了充分发挥出高性能硬件的优点，NVMe协议规范应运而生。NVMe 标准组织界说了 NVMe over Fabric (NVMe-oF)协议。然而， NVMe-oF 开始只支持光纤通道(Fiber Channel，FC)和远程直接内存会见（ Remote Direct Memory Access， RDMA）， 两种方法均需要专有网卡部件和交换机的支持，增加了安排的难度和本钱。 我们需要一种新的、本钱更低的方法来发挥NVMe 的速度和性能。
Non-Volatile Memory Express over TCP（NVMe/TCP）是由包括英特尔和Lightbits Labs在内的各行业加入者组成的NVM Express联盟开发的行业存储传输标准。Lightbits是NVMe/TCP协议的发明者，并且和Intel 等业内同行标准化了该协议，使之成为NVMe over Fabrics的一部分，从而为业内提供了实现高性能存储效劳器的协议基础。使用NVMe/TCP作为高性能传输协议，无需任何特殊设备和配置即可支持常用的标准以太网。 NVMe/TCP 具有更低的时延和更高的吞吐量，是现有数据中心存储系统的更好选择。
pg电子官网、Intel和Lightbits Labs联合推出基于NVMe/TCP的漫衍式全闪存存储解决计划，使用搭载了英特尔®傲腾?长期内存和pg电子官网 NS8610 G1固态硬盘的pg电子官网效劳器作为数据高效处理和存储的硬件基础架构，以 Lightbits 为软件界说存储的高效数据处理平台，面向云和数据中心提供更高性能的软硬件一体化存储解决计划。
图1：pg电子官网-Lightbits软硬件一体化全闪存存储解决计划
图1展示了pg电子官网-Lightbits软硬件一体化全闪存存储解决计划。本计划具有如下优势：
灵活配置、弹性扩展
计划接纳pg电子官网全新一代2U2路NF5280M6机架式效劳器硬件平台和Lightbits漫衍式软件界说存储软件平台。
●NF5280M6效劳器拥有极富厚的配置满足各行业应用配置需求，最大支持 20块3.5“硬盘或 39 块 2.5”硬盘，前置支持12块SATA/SAS/NVMe 热插拔磁盘， 支持可选的后置 M.2/RSSD �？�，满足多样化存储需求 ；支持32条3200 MT/s DDR4 ECC内存，内存支持RDIMM 类型并支持DCPMM类型内存，可提供优异的速度和大容量内存。 支持可选的 OCP3.0�？�，提供 10G、25G、40G、100G、200G 多种网络接口选择。
●漫衍式存储软件Lightbits支持硬件配置灵活扩展，支持NVMe资源池弹性伸缩，支持逻辑卷动态迁移扩展，通过存储和盘算解耦合，提高基础设施的使用效率。满足云和数据中心对基础设施灵活配置、弹性扩展的需求。
高带宽，高IOPS，低延迟
Lightbits高性能软件界说存储平台专为充分发挥NVMe SSD的高性能而量身定制设计并开发，充分运用最新技术，包括NAND闪存优化、英特尔® 傲腾?长期内存和带ADQ功效的英特尔®高速以太网网卡等，提供高带宽，高IOPS，低延迟的高性能存储解决计划。
●计划使用pg电子官网NS8610 G1企业级NVMe SSD，接纳pg电子官网自主开发的先进固件架构和微槽道散热硬件设计，提供3.5GB/s的高速带宽和825K的4K IOPS，同时拥有极低的I/O颤抖，4K随机读写IOPS一致性达99%以上，拥有86/14μs的读写低延时，满足数据中心和企业级应用存储高性能、低延迟需求。
●计划搭载英特尔® 至强® 第三代可扩展处理器，多核密度提升，内置英特尔® AVX-512、英特尔® Speed Select Technology等多种加速技术，相比上一代平均性能提升46%，包管系统高性能盘算能力。
●计划使用英特尔® 傲腾? 长期内存200系列作为写缓存和元数据存储。充分利用傲腾? 长期内存的高性能、低延迟特性，提升系统带宽和IOPS，实现稳定一致的低延迟。
●计划使用英特尔® E810网卡，利用该网卡的应用设备行列 (ADQ)功效，为高优先级应用流量建立专用行列，包管了稳定一致的低延迟，提升吞吐量。
数据高可靠性、宁静性和高可用性
该联合计划在软件和硬件层面均接纳多重� ；ぜ际�，增强了数据可靠性、宁静性和可用性。
●pg电子官网NS8610 G1企业级NVMe SSD,内置立异设计NAND特性自学习算法模型，NAND Flash P/E 提升40%，极大延长固态硬盘寿命。
●软件内置智能闪存治理IntelligentFlash Management ?（IFM）功效，最大限度提高SSD性能，延长固态磁盘耐用性。
●利用英特尔® 傲腾? 长期内存的非易失性包管写缓存数据掉电仍不丧失，确保了系统的高可靠性。
●漫衍式存储节点内部使用弹性纠删码机制，包管在SSD一旦损坏时数据不丧失 ；集群内跨存储节点实现灵活的副本机制，包管在存储节点失效时数据效劳仍宁静可用。
●强大的容错纠错机制，可校验并纠正数据的静默过失 ；全路径的端到端数据� ；�，并支持将卷备份到S3并从S3恢复卷的功效。
富厚的企业级存储功效
该计划全面支持主流企业级存储功效，包括多副本与纠删码、压缩与精简配置、快照、克隆、QoS、负载均衡、静默数据过失校验及恢复、SSD故障自愈、存储节点故障自愈、多租户支持等。
简化安排、智能运维
该计划为软硬件一体化解决计划，经过充分验证，确保兼容稳定。计划基于NVMe/TCP优化，支持标准的以太网安排方法，支持主流Linux、VMware等原生系统，无缝集成Kubernetes、OpenStack等虚拟机及容器编排系统，不需要装置私有软件，特殊驱动等，可通过简单命令行操作实现系统装置安排，提供即插即用的存储效劳，大大简化安排的庞漂后。
应用BMC技术，通过Web治理界面、故障诊断LED等指引设备，实现问题快速定位，简化运维，提高系统可用性。硬件层宁静台层监控告警结合，包管机械稳定运行，并减少宕机的几率。
解决计划验证：功效兼容稳定、性能优异
为了验证计划的应用优势，pg电子官网、 Intel和 Lightbits 配合围绕产品兼容性以及用户最体贴的性能指标进行了测试。
测试使用标准 Benchmark 工具 FIO。测试配置如表1所示。
Lightbits存储效劳器 |
客户端 |
|
CPU |
2*Intel® Xeon® 6338 32Cores@ 2.0GHz |
2*Intel® Xeon® Gold 6342 24Cores@ 2.8GHz |
内存 |
16*16GB DDR4，共256GB |
32*32GB DDR4, 共1TB |
英特尔® 傲腾?长期内存 |
8*128GB，共1TB |
无 |
SSD硬盘 |
12*1.6TB NS8610 G1 SSD |
无 |
网络 |
1*英特尔® E810 100Gb双口以太网卡 |
1*英特尔® E810 100Gb双口以太网卡 |
表1：测试效劳器硬件配置表
测试结果
1) 4KB数据块，2副本，100%随机读性能测试
图2：4KB数据块，2副本，100%随机读性能测试结果
2） 4KB数据块，2副本，100%随机写性能测试
图3：4KB数据块，2副本，100%随机写性能测试结果
3）4KB数据块，2副本，70/30混淆随机读写性能测试
图4：4KB数据块，2副本，70/30混淆随机读写性能测试结果
4）4KB数据块，2副本，50/50混淆随机读写性能测试
图5：4KB数据块，2副本，50/50混淆随机读写性能测试
详细测试数据参考表2：
| 测试项目 |
100%随机读 |
100%随机写 |
70/30混淆随机读写 |
50/50混淆随机读写 |
|
4K 随机 最大IOPS(KIOPS) |
7202K |
1430K |
3726K |
2551K |
|
4K 典范随机 IO 延 迟 |
6866K (对应QD=12) |
1001K (对应QD=2) |
2800K (对应QD=6) |
1924K (对应QD=4) |
|
4K 平均延迟(us) |
502 |
551 |
读：525 写：808 |
读：463 写：712 |
|
4K 尾部延迟 : 99% (us) |
798 |
1155 |
读：1105 写：1499 |
读: 985 写：1444 |
|
表2：4K数据块随机读写性能测试结果表
测试结果标明：
●在使用4KB块负载进行的读写测试中，3台存储效劳器组成的集群凌驾700万随机读IOPS，接近100Gb网络带宽极限值，同时坚持很是低的延迟。生产情况中增加客户端数量可抵达更高性能。凭据Lightbits参考配置，如为每台效劳器配置两块100Gb网卡，可以使得3台效劳器集群提供约1400万 IOPS的总随机读性能。
●在使用4KB块负载进行的读写测试中，3台存储效劳器组成的集群的100%随机写性能和混淆读写性能优异，同时坚持稳定一致的低延迟。
●经过充分功效性及稳定性测试， 标明pg电子官网 NF5280M6 效劳器与Lightbits软件界说存储系统兼容良好，各功效均正常稳定。长时间运行下，整个情况的可靠性及高可用性均体现精彩。
pg电子官网与英特尔联合Lightbits Labs发挥优势，强强相助，以搭载英特尔®傲腾?长期内存的pg电子官网效劳器打造基于 NVMe/TCP 的全闪存解决计划。 pg电子官网-Lightbits漫衍式全闪存存储解决计划利用长期性存储和端到端的NVMe /TCP等新技术，释放闪存的优异性能，实现更优异的弹性扩展能力，是用户数据库、数据剖析、云基础设施等场景下高性能存储的更佳选择。
该联合解决计划无缝兼容目今OpenStack, Kubenetes, VMware等种种云平台，提供完全标准化的客户端驱动，真正实现计划的即插即用。借助pg电子官网-Lightbits漫衍式全闪存存储解决计划，云原生应用可以实现超高性能，云数据中心借此降低TCO，助力企业实现数字化转型升级。
