SmartX + 傲騰：引領下一階段超融合創新

　　近年來，超融合技術已經成為現代數據中心流行的基礎架構解決方案。憑借其架構簡單、易于擴展等優勢，超融合應用范圍越來越廣泛，從VDI、研發測試等場景逐漸擴展到生產環境。

　　以SmartX為例，目前已經有諸多金融、制造業、商業連鎖等行業客戶使用SmartX超融合產品運行生產業務負載，更有一部分用戶在評估未來將核心業務遷移到超融合環境中。但相對于物理機和全閃磁盤陣列方案，用戶對基于虛擬化平臺的超融合系統性能延遲還存在顧慮，導致核心系統始終未被整合到超融合系統當中。

　　另一方面，英特爾傲騰技術，尤其是傲騰持久內存，正以其低延遲、持久化存儲等突破性特性為超融合系統帶來更多可能性。SmartX基于用戶核心業務需求，通過對傲騰持久內存的充分利用和優化，以及對SMTX OS進行的升級，推出了基于SMTX OS與英特爾傲騰持久內存的高性能、超低延遲超融合解決方案。

　　傲騰是英特爾推出的全新存儲技術，它允許記憶單元獨立尋址，無需晶體管，并且支持堆疊的架構，也稱為3D-XPoint。傲騰技術支持不同形態的封裝，既可以作為內存使用，也可以作為存儲使用。其中傲騰持久內存就是以內存形態封裝，支持像普通內存一樣插在內存槽使用。

　　傲騰持久內存具備極高的性能和只有不到1us的延時（是NAND Flash延時的千分之一），僅次于內存的延時。它的最高讀寫速度是普通SATA SSD（NAND Flash）的1000倍以上，而且性能穩定，抖動小。

　　基于英特爾傲騰持久內存的高性能，低延時，非易失等特性，SmartX希望打造以Optane DC Persistent Memory（PMEM）作為緩存，NVMe NAND SSD作為存儲介質的全閃超融合解決方案。這個方案將大幅度改善業務系統延時，使得SMTX OS產品可應用于對延遲要求最苛刻的核心業務。使用該方案，SmartX超融合一體機三個節點的最小系統即可達到120萬IOPS，而且虛擬機端的IO延時可從ms級別降低至us級別。

　　SMTX OS是SmartX軟件超融合產品，SMTX OS以軟件定義的方式和分布式架構為用戶提供集成虛擬計算、虛擬存儲及虛擬網絡等基礎架構服務。SMTX OS可運行在x86商用服務器硬件之上，以分布式集群進行部署，多個節點之間通過高速以太網互連，并支持橫向擴展（scale-out ）。

　　 SMTX OS具備以下特性：

　　簡單：SMTX OS計算與存儲融合，架構精簡，易于管理。

　　易于擴展：SMTX OS以分布式架構部署，易于擴展，支持在線增加節點以擴展容量和性能。

　　高可用：SMTX OS支持VM高可用，異步備份，甚至是雙活集群，可提供不同層面的業務連續性保護。

　　良好的開放性：SMTX OS對硬件和計算虛擬化平臺都具備良好的開放性，虛擬化不僅支持SmartX原生的ELF（KVM-based），還支持VMware、Citrix虛擬化平臺，并支持市場主流的服務器硬件。

　　在現有SMTX OS軟件棧中，一個IO請求會經過：計算虛擬化層、網絡層和存儲層。

　　IO請求在經過每一層系統時，都會帶來額外的性能開銷，這些性能開銷來自于上下文切換，系統中斷以及內存拷貝等等。為了充分發揮PMEM的性能，解決方案對這三個層次分別進行優化，以做到端到端的IO加速。而該方案面臨的最大挑戰，就是如何在CPU資源受限的情況，最大化存儲系統的性能。

　　解決方案最小規模依舊為3個服務器節點，多個節點之間通過25GbE（或100GbE）RDMA網絡互聯，組建SMTX OS超融合集群。

　　 Optane持久內存緩存加速工作原理

　　虛擬機的IO優先寫入本地Optane持久內存緩存，并通過高速RDMA網絡將IO副本寫入遠程節點上的Optane持久內存緩存，等待所有副本寫入持久內存后才會返回，以保證數據一致性。憑借持久內存低延時、高性能特性，虛擬機業務將獲得前所未有的性能體驗。

　　持久內存上的數據如果變 ”冷”，系統將自動將數據下刷到NVMe SSD存放，保證只需要少量的持久內存設備就可以持續為業務加速。如果 “冷數據” 重新被訪問，數據會從NVMe SSD重新調入持久內存，保證經常被訪問的 “熱數據” 可駐留在持久內存以獲得最佳的響應速度。而同時NVMe SSD也保證了數據調入的速度足夠迅速。

　　 異步訪問持久內存，以有限的CPU資源獲取最大的帶寬

　　數據從內存寫入持久內存設備需執行內存復制的操作。而內存復制是一種串行操作，在任務完成之前不會釋放CPU資源，對CPU性能消耗比較大。因此，如果以默認的方式將數據同步寫入 持久內存，CPU資源將受到內存復制影響而被大量占用，無法處理其他任務，整體效能相對較低。

　　如需要進一步提升持久內存的帶寬必需增加CPU core數量，通過多個CPU核心并發訪問獲得更大的帶寬性能。但這種方式是與超融合架構的理念是相悖的，超融合架構應該盡可能地壓縮系統本身的開銷，留出更多的計算資源提供給虛擬機使用，而不是無限制地占用CPU資源。

　　為了保證在有限的CPU資源下提升持久內存的帶寬性能，SmartX技術團隊創新地引入了IO/AT DMA引擎實現了異步寫入持久內存的機制，使得單個CPU core的最大寫入帶寬提升至10GB/s。

　　SMTX OS在幾乎沒有增加額外CPU資源的情況下支持持久內存設備，并獲得了2.5倍的性能提升。

　　 存儲引擎優化

　　利用持久內存訪問特性，SMTX ZBS存儲引擎進行了優化，改善了市面上大部分全閃產品都會遇到的問題。

　　SMTX ZBS每個節點都會在本地運行一個IO處理邏輯，稱作LSM (Local Storage Management)，它負責本地緩存設備和存儲設備的管理。

　　 通過以上架構改進與性能指標可以看到，基于SMTX OS和Intel Optane持久內存的超融合方案具有以下亮點：

　　1. 方案實現從Hypervisor到存儲網絡以及存儲介質的端到端優化。

　　2. 僅占用少量計算資源，最小系統三節點即可達到甚至超過中高端全閃陣列指標，而應用端延遲遠低于中高端全閃磁盤陣列。

　　3. 而相比中高端磁盤陣列，SmarX超融合產品的總擁有成本、系統彈性和易維護性具有巨大優勢。

　　 基于SMTX OS和Intel Optane持久內存的超融合方案，將在以下場景為用戶帶來價值：

　　1. 交易類數據庫應用為主的高并發，低延遲IO的場景，并提供：a. 端到端的超低延遲和高并發性能。b. 簡單、彈性的系統架構。

　　2. 數據中心整合，并提供：a. 更高性能帶來更高虛擬機密度。b. 進一步簡化IT，降低總擁有成本。

　　作為國內最早投入并且專注在超融合領域的廠商，SmartX 擁有國內頂尖的超融合及分布式塊存儲研發團隊，從初始階段就堅持自主研發核心技術而非基于開源，具有強大的差異化競爭優勢。同時，SmartX 始終堅持本土研發和本地化服務，為用戶提供包括實施安裝、培訓、售后上門等一系列原廠服務，能夠最大限度為用戶提供高效可靠的原廠支持，使用戶的IT基礎架構獲得 “360度” 服務保障。