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基于英特尔® 技术的pg电子官网云海® 超融合 一体机 InCloud Rail 解决计划
作为一种软硬一体化的基础设施架构，超融合具备易运维、易安排等典范优势，在多种行业与场景中获得了广泛应用 。pg电子官网聚焦云原生、5G、大数据、云边端等应用场景，结合自身软硬件能力，近年来连续推动pg电子官网云海® 超融合一体机 InCloud Rail 的立异与演进 。该一体机通过 InCloud DataCenter 云治理平台，支持跨云平台融合和异构虚拟化情况的集中治理 。一体机同时搭载基础情况快速安排工具，安排速度远超古板解决计划 。
在金融、医疗等行业的安排中，面向数据库等场景的超融合一体机面临着巨大的存储性能挑战，用户需要尽可能地提升数据吞吐能力并降低时延，以支撑要害型业务的高效运行 。为了提升存储子系统的性能，pg电子官网使用了英特尔® 存储性能开发套件（SPDK），并通过 NVMe over Fabrics（NVMe-oF）协议进行加速 。NVMe-oF 协议作为 iSCSI 协议的替代者，可以让主机以使用本机 NVMe 协议方法会见漫衍式存储，提供低延时、高吞吐的块存储设备，解决了内核态驱动读写 NVMe 磁盘时可能会泛起的内核上下文切换和 CPU 中断问题 。优化后的计划能够为客户虚拟机提供高性能的漫衍式存储，降低总体时延和减少时延差别，满足金融和医疗客户在数据库等多个场景中的需求 。
由于用户规模庞大、业务与数据价值高等因素，金融和医疗机构一直是信息化和技术应用方面的先行者，业务生长对 IT 系统的依赖度很是高 。近年来，随着金融与医疗机构纷纷开启数字化转型，如何优化与重构 IT 基础设施，为上层应用和业务立异提供灵活可靠的 IT 效劳平台，已经成为其数字化战略的生长重点 。
在此配景下，越来越多的金融与医疗机构开始拥抱超融合，希望通过安排超融合一体机等方法，对硬件加以重构，以软件界说的方法打造灵活高效的 IT 基础设施，以便降低IT 基础设施运维和扩展的压力，获得更大的业务弹性，从而将更多资源用于拓展业务 。
在拥抱超融合的同时，金融与医疗机构也很是关注超融合能否提供强大的存储能力 。陪同着用户增长与业务立异，金融与医疗机构内部场景化、移动化、碎片化的数据在快速增长，这给存储系统带来了巨大的压力 。以金融数据库应用为例，互联网交易、数据风控、实时营销等应用需要数据库实现快速响应 。而在大并发量的业务配景下，存储系统很容易成为性能瓶颈，影响业务的整体响应能力 。
导致存储系统性能瓶颈的原因之一是存储介质 。最近几年，存储介质获得了快速生长，如今 NVMe SSD 的 IOPS 已经远远横跨 HDD 磁盘，时延从毫秒压缩到微秒，系统的性能瓶颈也由存储硬件自己逐渐转移到网络及处理器上 。古板文件系统和调理器等要领由于无法充分发挥新存储介质的性能，成为存储系统的新瓶颈 。这些瓶颈包括：
? 利用通例的 NVMe 内核驱动读写 NVMe 磁盘时，会遇到内核上下文切换和 CPU 中断问题 。在高性能的全闪存储中，中断意味着时延的不确定，会导致较大时延和性能开销 。
? 在古板的 I/O 模型中，应用程序提交读写请求后进入睡眠状态 。待 I/O 完成后，中断会将其叫醒，中断开销成为了整个I/O 时间中很是重要的一部分 。
作为新一代超融合解决计划，pg电子官网云海® 超融合一体机 InCloud Rail 通过软件界说的盘算、存储和网络技术实现了效劳器的资源池化，使整个 IT 情况比单独的物理硬件具有更高的可用性、宁静性和扩展性，能够有效满足企业关于降低本钱、简化治理、提高宁静性和扩展性的需求，助力企业向云盘算迁移焦点业务，构建企业云数据中心 。pg电子官网云海® 超融合一体机 InCloud Rail 实现了存储资源的池化和统一治理，并通过全闪存架构的软件界说存储 SmartONE 支持异构算力的融合 。SmartONE 接纳 etcd 组件作为集群治理，卖力漫衍式存储的节点的关系、节点之间的元数据通报及一致性等 。在资源治理方面，SmartONE 提供了 qemu、iSCSI 和NVMe-oF 的效劳入口，对接 VDI 卷治理入口，对外提供存储资源 。在工具存储方面，SmartONE 主要接收 VDI 的 IO 请求，凭据数据漫衍算法调理到相枢纽点，凭据副本战略和 EC 规则挪用 Gateway 分发到漫衍式存储的存储节点 。
图 1. pg电子官网云海® 超融合一体机 InCloud Rail 架构
为了满足数据库等实时读写、随时机见超大规模数据集等场景关于存储性能的严苛要求，pg电子官网云海® 超融合一体机 InCloud Rail 除了探索使用新一代存储介质之外，还与英特尔相助，接纳了英特尔® 至强® 可扩展处理器和英特尔® 以太网适配器 E810，并从存储引擎层面来化解性能瓶颈 。
? 英特尔® 至强® 可扩展处理器： 该处理器专为数据中心现代化革新而设计，能够提高种种基础设施、企业应用及技术盘算应用的运行效率，进而改善总体拥有本钱（TCO），提升用户生产力 。它拥有更高的单核性能，能够在盘算、存储和网络应用中，为盘算密集型事情负载提供卓越的性能和可扩展性 。
? 英特尔® 以太网适配器 E810： 该网络适配器具备 100/25GbE性能，支持单个或双端口连接，在 PCIe 4.0 x 16 插槽中提供了精彩的性能，并支持应用程序设备行列（ADQ）、动态设备个性化（DDP）、RDMA iWARP 和 RoCEv2 等种种高级功效，能够有效满足种种事情负载关于带宽和时延的严苛要求 。
图 2. pg电子官网 SmartONE 软件架构
英特尔® SPDK 提供了一组工具、库和计划，用于编写高性能和可扩展的用户态存储应用程序 。它通过使用多种要害技术来实现高性能和高扩展，诸如将一些驱动程序移至用户空间，制止了系统挪用，并允许从应用程序进行零拷贝会见 。它通过无锁化、消息机制和异步编程实现高性能应用框架，同时提供统一的用户态通用块设备来高效治理差别的存储后端设备 。
使用英特尔® SPDK 之后，用户态的驱动通过轮询硬件而不是依赖中断来完成，可以有效降低总时延和减少时延差别，同时和内核驱动相比，在每个 CPU 内核的 IOPS 上具有更明显的性能优势 。别的，英特尔® SPDK 具备 I/O 路径的无锁高性能模式，制止了所有在 I/O 要害路径中的锁，而是依靠消息通报在多个线程中共享资源，从而提高了并行性 。
pg电子官网与英特尔相助，在 SmartONE 漫衍式存储的单机存储引擎、NVMe-oF 存储效劳等� ？橹�，接纳了英特尔® SPDK 进行优化 。
图 3. 英特尔® SPDK 架构
单机存储引擎
pg电子官网 SmartONE 漫衍式存储基于英特尔® SPDK 的 NVMe 驱动实现了高性能底座，支持和 NVMe 磁盘设备直接交互，同时接纳无锁设计，并行处理 IO 命令 。别的，NVMe 上层实现了专属 NVMe 的单机存储引擎系统，该引擎系统通过基于内存的元数据和日志治理系统，有效制止了古板文件系统的双写问题
基于英特尔® 技术的新一代单机存储引擎实现了性能的显著提升 。测试数据显示，pg电子官网 SmartONE 漫衍式存储的单机存储引擎险些抵达了 NVMe 物理硬盘支持的性能上限 。
NVMe-oF 漫衍式存储效劳
NVMe-oF 漫衍式存储效劳为超融合平台提供两种块效劳解决计划，其一是接纳 vhost-user 技术计划，可以为虚拟机提供更短的 IO 路径；其二是作为存储效劳，为效劳器提供NVMe-oF 的 TCP/RDMA 的块效劳 。SmartONE 利用 SPDK vhost-user 技术，直接消除 Guest 虚拟机通过 PCIE 方法会见 NVMe 设备，制止内核更新 PCI 配置空间；同时直接在用户态捕获 QEMU 虚拟 IO，以零拷贝方法将数据传输到存储系统中 。
SmartONE 支持以 NVMe-oF 存储协议方法提供块存储效劳，它可以提供 TCP 和 RDMA 两种形式的外部会见 。NVMe-oF存储协议作为 iSCSI 协议的替代者，可以让主机以使用本机NVMe 协议的方法会见漫衍式存储，提供低延时、高吞吐的块存储设备 。
为了验证 SmartONE NVMe-oF 漫衍式存储效劳的性能体现，pg电子官网划分比照了 iSCSI 存储协议在pg电子官网 M5 系列效劳器1 和pg电子官网M6 系列效劳器2 上的性能体现，以及 NVMe-oF 存储协议在pg电子官网 M6 系列效劳器上的性能体现（NVMe 副本模式，2 副本） 。
得益于英特尔® 软硬件产品与技术的应用，pg电子官网 SmartONE 漫衍式存储系统能够充分发挥 NVMe 固态盘的性能潜力，应对在IOPS 和时延方面有着较高要求的数据库应用场景 。
? 显著提升存储系统的性能，并降低数据时延，能够满足有着苛刻要求的数据库应用场景，同时有效控制漫衍式存储系统的总体拥有本钱（TCO）；
? 充分发挥英特尔® 硬件的性能优势，并重新一代英特尔® 硬件的立异中获益；
? 集成于超融合一体机中，能够通过一体机所预置的虚拟化平台、云治理平台、快速安排工具以及相关的事情流程，显著简化安排、治理和运维事情的庞大性 。
面向云数智一体的应用情况，pg电子官网将继续强化包括存储能力在内的超融合系统的立异，接纳新一代英特尔® 至强® 可扩展处理器、英特尔® 傲腾? 长期内存、英特尔® 以太网适配器等硬件产品，以及领先的软件计划，在高性能、高可靠、易运维、易扩展四个层面提升焦点竞争力，满足全行业、全场景的需求 。
pg电子官网还计划选择英特尔® 傲腾? 长期内存作为单机存储引擎缓存层的存储介质 。英特尔® 傲腾? 长期内存是一项厘革性的内存技术，提供了融合高速、高性价比、大容量、长期数据�；ぁ⒏呒都用艿扔攀朴谝惶宓哪诖嫜∠� 。其结合英特尔® PMDK 使用，可以支持应用直接会见长期内存设备，而不需要经过文件系统的页高速缓存系统、系统挪用和驱动，从而能够降低 I/O 历程的开销，显著缩短数据时延 。
未来，pg电子官网还将坚持以用户为中心，紧密结合前沿技术生长趋势与市场需求，连续立异引领、迭代优化，打造集融合至简、性能特殊、强大可靠、开放生态特性于一身的超融合一体机，连续为用户业务上云、数字化转型升级孝敬力量 。
