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資料中心流行的基礎架構解決方案。憑藉其架構簡單、易於擴充套件等優勢，超融合應用範圍越來越廣泛，從VDI、研發測試等場景逐漸擴充套件到生產環境。

　　以SmartX為例，目前已經有諸多金融、製造業、商業連鎖等行業客戶使用SmartX超融合產品執行生產業務負載，更有一部分使用者在評估未來將核心業務遷移到超融合環境中。但相對於物理機和全閃磁碟陣列方案，使用者對基於虛擬化平臺的超融合系統效能延遲還存在顧慮，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，尤其是傲騰持久記憶體，正以其低延遲、持久化儲存等突破性特性為超融合系統帶來更多可能性。SmartX基於使用者核心業務需求，透過對傲騰持久記憶體的充分利用和最佳化，以及對SMTX OS進行的升級，推出了基於SMTX OS與英特爾傲騰持久記憶體的高效能、超低延遲超融合解決方案。

　　傲騰是英特爾推出的全新儲存技術，它允許記憶單元獨立定址，無需電晶體，並且支援堆疊的架構，也稱為3D-XPoint。傲騰技術支援不同形態的封裝，既可以作為記憶體使用，也可以作為儲存使用。其中傲騰持久記憶體就是以記憶體形態封裝，支援像普通記憶體一樣插在記憶體槽使用。

　　傲騰持久記憶體具備極高的效能和只有不到1us的延時（是NAND Flash延時的千分之一），僅次於記憶體的延時。它的最高讀寫速度是普通SATA SSD（NAND Flash）的1000倍以上，而且效能穩定，抖動小。

　　基於英特爾傲騰持久記憶體的高效能，低延時，非易失等特性，SmartX希望打造以Optane DC Persistent Memory（PMEM）作為快取，NVMe NAND SSD作為儲存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產品可應用於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，而且虛擬機器端的IO延時可從ms級別降低至us級別。

　　SMTX OS是SmartX軟體超融合產品，SMTX OS以軟體定義的方式和分散式架構為使用者提供整合虛擬計算、虛擬儲存及虛擬網路等基礎架構服務。SMTX OS可執行在x86商用伺服器硬體之上，以分散式叢集進行部署，多個節點之間透過高速乙太網互連，並支援橫向擴充套件（scale-out ）。

　　 SMTX OS具備以下特性：

　　簡單：SMTX OS計算與儲存融合，架構精簡，易於管理。

　　易於擴充套件：SMTX OS以分散式架構部署，易於擴充套件，支援線上增加節點以擴充套件容量和效能。

　　高可用：SMTX OS支援VM高可用，非同步備份，甚至是雙活叢集，可提供不同層面的業務連續性保護。

　　良好的開放性：SMTX OS對硬體和計算虛擬化平臺都具備良好的開放性，虛擬化不僅支援SmartX原生的ELF（KVM-based），還支援VMware、Citrix虛擬化平臺，並支援市場主流的伺服器硬體。

　　在現有SMTX OS軟體棧中，一個IO請求會經過：計算虛擬化層、網路層和儲存層。

　　IO請求在經過每一層系統時，都會帶來額外的效能開銷，這些效能開銷來自於上下文切換，系統中斷以及記憶體複製等等。為了充分發揮PMEM的效能，解決方案對這三個層次分別進行最佳化，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，最大化儲存系統的效能。

　　解決方案最小規模依舊為3個伺服器節點，多個節點之間透過25GbE（或100GbE）RDMA網路互聯，組建SMTX OS超融合叢集。

　　 Optane持久記憶體快取加速工作原理

　　虛擬機器的IO優先寫入本地Optane持久記憶體快取，並透過高速RDMA網路將IO副本寫入遠端節點上的Optane持久記憶體快取，等待所有副本寫入持久記憶體後才會返回，以保證資料一致性。憑藉持久記憶體低延時、高效能特性，虛擬機器業務將獲得前所未有的效能體驗。

　　持久記憶體上的資料如果變 ”冷”，系統將自動將資料下刷到NVMe SSD存放，保證只需要少量的持久記憶體裝置就可以持續為業務加速。如果 “冷資料” 重新被訪問，資料會從NVMe SSD重新調入持久記憶體，保證經常被訪問的 “熱資料” 可駐留在持久記憶體以獲得最佳的響應速度。而同時NVMe SSD也保證了資料調入的速度足夠迅速。

　　 非同步訪問持久記憶體，以有限的CPU資源獲取最大的頻寬

　　資料從記憶體寫入持久記憶體裝置需執行記憶體複製的操作。而記憶體複製是一種序列操作，在任務完成之前不會釋放CPU資源，對CPU效能消耗比較大。因此，如果以預設的方式將資料同步寫入 持久記憶體，CPU資源將受到記憶體複製影響而被大量佔用，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記憶體的頻寬必需增加CPU core數量，透過多個CPU核心併發訪問獲得更大的頻寬效能。但這種方式是與超融合架構的理念是相悖的，超融合架構應該儘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器使用，而不是無限制地佔用CPU資源。

　　為了保證在有限的CPU資源下提升持久記憶體的頻寬效能，SmartX技術團隊創新地引入了IO/AT DMA引擎實現了非同步寫入持久記憶體的機制，使得單個CPU core的最大寫入頻寬提升至10GB/s。

　　SMTX OS在幾乎沒有增加額外CPU資源的情況下支援持久記憶體裝置，並獲得了2.5倍的效能提升。

　　 儲存引擎最佳化

　　利用持久記憶體訪問特性，SMTX ZBS儲存引擎進行了最佳化，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執行一個IO處理邏輯，稱作LSM (Local Storage Management)，它負責本地快取裝置和儲存裝置的管理。

　　 透過以上架構改進與效能指標可以看到，基於SMTX OS和Intel Optane持久記憶體的超融合方案具有以下亮點：

　　1. 方案實現從Hypervisor到儲存網路以及儲存介質的端到端最佳化。

　　2. 僅佔用少量計算資源，最小系統三節點即可達到甚至超過中高階全閃陣列指標，而應用端延遲遠低於中高階全閃磁碟陣列。

　　3. 而相比中高階磁碟陣列，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。

　　 基於SMTX OS和Intel Optane持久記憶體的超融合方案，將在以下場景為使用者帶來價值：

　　1. 交易類資料庫應用為主的高併發，低延遲IO的場景，並提供：a. 端到端的超低延遲和高併發效能。b. 簡單、彈性的系統架構。

　　2. 資料中心整合，並提供：a. 更高效能帶來更高虛擬機器密度。b. 進一步簡化IT，降低總擁有成本。

　　作為國內最早投入並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散式塊儲存研發團隊，從初始階段就堅持自主研發核心技術而非基於開源，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，為使用者提供包括實施安裝、培訓、售後上門等一系列原廠服務，能夠最大限度為使用者提供高效可靠的原廠支援，使使用者的IT基礎架構獲得 “360度” 服務保障。