任何技術(shù)的迭代都是因?yàn)槠湓诮鉀Q用戶新應(yīng)用新需求的時(shí)候出現(xiàn)瓶頸。
早期企業(yè)用戶的IT系統(tǒng)主要是服務(wù)企業(yè)內(nèi)部，煙囪式IT存儲(chǔ)架構(gòu)滿足了當(dāng)時(shí)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求。隨著移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的發(fā)展，企業(yè)用戶應(yīng)用場景發(fā)生了很大的變化，IT系統(tǒng)既要服務(wù)企業(yè)內(nèi)部，又要與外面有廣泛的連接。
以銀行為例，業(yè)務(wù)模式由傳統(tǒng)的營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)為主、網(wǎng)銀為輔，轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)銀為主、營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)為輔。
那么基于煙囪式IT存儲(chǔ)架構(gòu)就不能滿足新時(shí)代的銀行業(yè)務(wù)需求。就像今天絕大部分用戶都有移動(dòng)支付，當(dāng)手機(jī)銀行用戶數(shù)億人，產(chǎn)生的海量的應(yīng)用和海量的數(shù)據(jù)如果采購專用存儲(chǔ)服務(wù)器來升級(jí)數(shù)據(jù)中心，不僅帶來巨大的成本開銷，也讓運(yùn)維復(fù)雜度居高不下。
這就讓企業(yè)用戶面臨一個(gè)既需要高可靠、高性能、高安全的存儲(chǔ)架構(gòu)需求，又需求具備彈性伸縮能力、強(qiáng)大的擴(kuò)展性（性能和容量）和更加簡化的管理方式?；诖?，業(yè)界推出了軟件定義存儲(chǔ)（Software Defined Storage，SDS）。SDS將傳統(tǒng)存儲(chǔ)服務(wù)器的核心功能剝離出來，并以軟件的形式進(jìn)行編排，從而具備高彈性、安全可靠以及易于部署等特點(diǎn)。
軟件定義存儲(chǔ)必要條件是硬件要給力
今天企業(yè)如何有效管控和利用海量數(shù)據(jù)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。從技術(shù)角度要滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，存儲(chǔ)系統(tǒng)需要滿足性能、安全可靠、可擴(kuò)展和成本這四個(gè)基本核心要素。同時(shí)從應(yīng)用角度看，不同的行業(yè)用戶對存儲(chǔ)系統(tǒng)有著不同的需求。例如在財(cái)務(wù)、生產(chǎn)等聯(lián)機(jī)事務(wù)處理（Online Transaction Processing，OLTP）場景下，用戶追求的是高 IOPS，而在策略配置、智能應(yīng)用等OLAP場景下，則對高吞吐，大容量有著較高要求。
那么如何通過軟件定義的方式來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)既要保證高性能、低延遲，又要滿足海量數(shù)據(jù)下靈活彈性擴(kuò)展的需求？
我們來看看云計(jì)算行業(yè)耕耘多年的老牌勁旅青云QingCloud旗下分布式塊存儲(chǔ)系統(tǒng)QingStor NeonSAN（以下簡稱“NeonSAN”）的創(chuàng)新解決方案。青云QingCloud的選擇是和英特爾合作為企業(yè)數(shù)據(jù)中心打造強(qiáng)勁的核心業(yè)務(wù)存儲(chǔ)引擎。
青云QingCloud在借助英特爾傲騰固態(tài)盤、英特爾高速緩存加速軟件 (Intel CacheAcceleration Software , iCAS，iCAS是英特爾針對傲騰優(yōu)化過的高速緩存加速軟件，旨在幫助客戶利用最新的傲騰技術(shù)提升存儲(chǔ)性能，適用于普通Linux、QEMU虛擬機(jī)和SPDK場景) 等多項(xiàng)新產(chǎn)品與新技術(shù)，推出基于SDS理念的新一代分布式超大容量塊存儲(chǔ)系統(tǒng)NeonSAN。
作為企業(yè)核心存儲(chǔ)平臺(tái)，NeonSAN于2017年7月正式發(fā)布，目前已經(jīng)全面升級(jí)至2.0版本。在功能、性能、可靠性和易用性等方面，滿足Oracle RAC等企業(yè)核心數(shù)據(jù)庫 OLTP/OLAP、虛擬化、物理主機(jī)高可用架構(gòu)、大數(shù)據(jù)分析計(jì)算、高可用容器集群等應(yīng)用的存儲(chǔ)需求。
同時(shí)在調(diào)研機(jī)構(gòu)最新發(fā)布的《中國軟件定義存儲(chǔ)及超融合市場跟蹤研究報(bào)告，2018Q4》中QingStor NeonSAN分布式塊存儲(chǔ)登陸SDS核心廠商榜單。
QingStor NeonSAN產(chǎn)品無論是市場還是在實(shí)際部署中，都取得了驕人的戰(zhàn)績。它不僅能以非常高的IOPS性能和很低的I/O響應(yīng)時(shí)間，來滿足企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用負(fù)載提出的苛刻性能需求，而且在保障業(yè)務(wù)連續(xù)性、運(yùn)行穩(wěn)定性以及降低擴(kuò)容周期等方面也同樣令人滿意。
在業(yè)務(wù)實(shí)踐中，NeonSAN 快速獲得金融、制造、零售快消、交通等多個(gè)行業(yè)客戶中進(jìn)行了部署，在幫助企業(yè)核心業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)云端創(chuàng)新轉(zhuǎn)型的過程中，起到了關(guān)鍵作用，可以說是云時(shí)代核心業(yè)務(wù)存儲(chǔ)平臺(tái)的專業(yè)之選。
QingStor NeonSAN如何做到大容量和高性能的平衡？
QingStor NeonSAN有別于傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心SAN架構(gòu)，NeonSAN基于 x86架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)硬件構(gòu)建，采用了全分布式的架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)容量和性能均可進(jìn)行在線水平擴(kuò)展。針對企業(yè)數(shù)據(jù)中心不同的應(yīng)用場景，青云QingCloud利用不同的技術(shù)架構(gòu)和硬件組合，為NeonSAN設(shè)計(jì)了不同的部署模式。在目前的私有云部署方案中，NeonSAN能夠支持3至1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可在不中斷業(yè)務(wù)的情況下，實(shí)現(xiàn)以單節(jié)點(diǎn)為單位的平滑擴(kuò)容。
首先，針對高性能、大容量存儲(chǔ)的應(yīng)用場景，青云QingCloud提出了基于 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)，SAS/SATA HDD硬盤+固態(tài)盤緩存的部署方案，以分層存儲(chǔ)（Tiered Storage）的方式，通過單節(jié)點(diǎn)掛載12塊4TB容量的 SAS/SATA HDD 硬盤的方式，來自青云QingCloud的測試數(shù)據(jù)表明，其單盤（卷）容量可擴(kuò)展到100TB之巨，完全可滿足大數(shù)據(jù)場景下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。
其次，支持分級(jí)存儲(chǔ)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)要具備高性能，就必須高效地對緩存進(jìn)行讀寫。為此，青云QingCloud引入了英特爾傲騰技術(shù)和iCAS技術(shù)來提升緩存的性能，以及系統(tǒng)管理緩存的能力。
英特爾傲騰固態(tài)盤DC P4800X基于英特爾傲騰介質(zhì)以及英特爾先進(jìn)的系統(tǒng)內(nèi)存控制器、接口硬件和軟件進(jìn)行構(gòu)建，其在低延遲和穩(wěn)定性方面的性能表現(xiàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)NAND介質(zhì)固態(tài)盤，作為緩存（Cache）在QingStor NeonSAN上發(fā)揮出了驚人的性能表現(xiàn)。
尤其適用于電商、金融、保險(xiǎn)等多用戶、高并發(fā)的OLTP場景，而且NeonSAN目前采用的DC P4800X 375GB 版本的每天寫入次數(shù)（Drive Writes PerDay，DWPD）高達(dá)30，有力地保證了用戶系統(tǒng)的有效生命周期。
英特爾CAS 技術(shù)加速原理圖示
青云QingCloud還引入了英特爾針對緩存性能優(yōu)化開發(fā)的另一項(xiàng)專有技術(shù)：iCAS。如上圖所示，當(dāng)應(yīng)用第一次讀取數(shù)據(jù)時(shí)，QingStor NeonSAN會(huì)從后端SAS/SATA存儲(chǔ)中讀出相應(yīng)數(shù)據(jù)并返回給應(yīng)用，同時(shí)數(shù)據(jù)也會(huì)被iCAS復(fù)制到由數(shù)據(jù)中心級(jí)英特爾傲騰固態(tài)盤構(gòu)建的高速緩存中。在后續(xù)的讀取中，應(yīng)用直接從緩存里高速讀取。而在數(shù)據(jù)寫入時(shí)，所有數(shù)據(jù)都會(huì)同步寫入到后端存儲(chǔ)和高速緩存中。
當(dāng)高速緩存空間寫滿后，iCAS具備的專有移出算法，會(huì)自動(dòng)將新的活動(dòng)數(shù)據(jù)取代高速緩存中的陳舊數(shù)據(jù)。因此，通過iCAS，應(yīng)用服務(wù)器可始終用最快的速度讀到最“熱”的數(shù)據(jù)，這對于冷、熱數(shù)據(jù)比例越來越懸殊的企業(yè)數(shù)據(jù)中心而言，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。
基于英特爾CAS對比測試說明基于iCAS的隨機(jī)讀寫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了沒有采用iCAS模式下的隨機(jī)讀寫性能。
隨機(jī)讀寫下的FIO 測試對比
通過在QingStor NeonSAN上進(jìn)行的4K隨機(jī)讀寫測試中，iCAS+英特爾傲騰固態(tài)盤組合，無論是在WB（Write Back，即回寫）模式，還是在WT（Write Through，即直寫）模式， IOPS性能都遠(yuǎn)超未加組合的對比測試組。在回寫模式下，iCAS與英特爾傲騰固態(tài)盤的隨機(jī)寫性能甚至達(dá)到了對比測試組的23倍之多。
在提升存儲(chǔ)性能上QingStor NeonSAN還可以通過全閃存+SPDK來提供超高性能、低延遲的解決方案。英特爾推出的面向固態(tài)盤存儲(chǔ)產(chǎn)品的英特爾存儲(chǔ)性能開發(fā)套件（Intel Storage Performance Development Kit，英特爾SPDK）以各種創(chuàng)新技術(shù)提升存儲(chǔ)軟件的性能。
配置基于Intel DC SSD P4510的全閃存和英特爾SPDK 技術(shù)融入 NeonSAN 之后，為其帶來了顯著的性能提升。來自青云QingCloud 的測試數(shù)據(jù)表明，無論是單副本還是多副本配置，隨機(jī)寫的時(shí)延都能降低10微秒左右，而多副本下隨機(jī)讀時(shí)延可以降低20微秒?；旌献x寫場景下（讀寫比：70/30），在 3 節(jié)點(diǎn)配置的NeonSAN 集群中，兩副本卷的讀寫性能都提升了近 20%。
青云QingCloud助力某零售巨頭核心ERP系統(tǒng)向云計(jì)算架構(gòu)演進(jìn)
在與某零售巨頭的合作中，青云QingCloud幫助其在生產(chǎn)區(qū)部署了 6 節(jié)點(diǎn)的QingStor NeonSAN集群。對于該企業(yè)原有業(yè)務(wù)環(huán)境中的Oracle RAC數(shù)據(jù)庫而言，通過添加NeonSAN作為共享盤，就可進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的遷移，實(shí)現(xiàn)了良好的擴(kuò)展性。
青云QingCloud與英特爾一起，針對Oracle RAC進(jìn)行了大量的測試和優(yōu)化。在一項(xiàng)通過模擬Oracle數(shù)據(jù)庫+NeonSAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的評估中，整體存儲(chǔ)系統(tǒng)的每分鐘事務(wù)處理量（Transactions Per Minute，TPM）性能超過165萬，平均每秒事務(wù)處理量（Transactions PerSecond，TPS）性能接近3萬，且完成每個(gè)事務(wù)處理的平均時(shí)延為15毫秒左右，這一性能能夠支撐絕大多數(shù)的企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用負(fù)載。
某零售企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)，后端部署6節(jié)點(diǎn)NeonSAN存儲(chǔ)集群
可以看到，QingStor NeonSAN的部署有效推進(jìn)了其核心ERP系統(tǒng)向云計(jì)算架構(gòu)的演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了私有云環(huán)境下的一體化運(yùn)營與管理，在保障業(yè)務(wù)連續(xù)性的同時(shí)，大幅降低了采購和運(yùn)營成本。同時(shí)，基于NeonSAN的靈活擴(kuò)展，該企業(yè)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)和擴(kuò)容周期從幾個(gè)月縮短至一周，滿足了在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量激增下的擴(kuò)容需求。
而對另一大型金融企業(yè)客戶而言，通過把各項(xiàng)業(yè)務(wù)與青云QingCloud云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在線無縫對接，NeonSAN已成為其各項(xiàng)核心業(yè)務(wù)，尤其是OLTP 業(yè)務(wù)場景的存儲(chǔ)引擎。該企業(yè)的實(shí)測數(shù)據(jù)表明，基于NeonSAN的復(fù)雜視圖查詢時(shí)間縮短了90%左右，而復(fù)雜SQL語句的執(zhí)行效率則從分鐘級(jí)變成了秒級(jí)。
最后，通過技術(shù)解讀和案例分享我們看到，青云QingCloud與英特爾攜手打造的QingStor NeonSAN已充分獲得市場與用戶的認(rèn)可。未來，雙方還將繼續(xù)深入合作，以先進(jìn)的產(chǎn)品與技術(shù)為企業(yè)數(shù)據(jù)中心的性能提升貢獻(xiàn)力量。
目前，青云QingCloud正逐步將NeonSAN系統(tǒng)的處理器更換為新一代的英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，并計(jì)劃進(jìn)一步挖掘該處理器所蘊(yùn)含的性能潛力，特別是利用英特爾高級(jí)矢量擴(kuò)展512（英特爾 AVX-512）、英特爾Virtual RAID on CPU（英特爾VROC）、英特爾可信執(zhí)行技術(shù)（Intel Trusted Execution Technology，英特爾TxT）的功能，來滿足企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)未來不斷增長的算力需求，打造高效且差異化的云存儲(chǔ)服務(wù)。
