北京2020年12月8日 /美通社/ -- 隨著科技洪流的推動，閃存存儲時代已經全面開啟，閃存陣列的大規(guī)模普及已經勢不可擋。人工智能、大數據、云計算、5G、物聯網等落地推進，隨之帶來了海量數據的爆發(fā)和對極致性能前所未有的需求。

閃存時代，全面開啟

在新技術、新應用驅動下，面對企業(yè)關鍵業(yè)務數據存儲需求，全閃陣列在主存儲市場呈現出一種穩(wěn)步增長的態(tài)勢，預計到2024年國內全閃存儲市場將達到約56億的規(guī)模。

過去全閃存儲應用場景主要集中在對于響應延遲要求低、IOPS要求高的核心交易系統，如傳統行業(yè)金融系統中的聯機交易、網銀、ODS，以及運營商的Billing系統和CRM系統，這些核心系統通常要求存儲系統的性能高達8000 IOPS/TB，傳統存儲如果僅通過機械硬盤難以支撐。而現在隨著支撐的業(yè)務規(guī)模增加，或者因為需要敏捷響應市場需求導致的業(yè)務種類也在迅速增加，使得各個行業(yè)除了核心交易系統之外，一些非核心但IOPS要求高、響應延時低的業(yè)務也逐漸開始需要使用全閃陣列了。

隨著全閃存儲的需求量逐漸增加，如何將存儲軟件棧與閃存盤完美融合發(fā)揮出最大效能，成為各大存儲廠商需要面對的巨大挑戰(zhàn)。

浪潮發(fā)力全閃：外功扎實、內功深厚

那浪潮在全閃存儲上做得怎么樣呢？可以用一句話來形容，外功扎實、內功深厚。

首先在外功方面，浪潮存儲通過引入傲騰SSD作為內存級存儲、NVMe高速通路端到端打通等硬件層面的創(chuàng)新，使得產品競爭力達到了業(yè)界領先水平。

在端到端NVMe方面，浪潮全閃存儲G5系列支持端到端NVMe，帶來性能快速提升。NVMe協議相較傳統SATA/SAS相比，重大的變化還在于由原來的單隊列機制轉變?yōu)槎嚓犃袡C制，隊列深度增至64K；寫請求數據間通信次數相比SAS從4次減少到2次；NVMe SSD經過PCIe Switch之后直接到CPU，減少了多個中間層，降低了傳輸損耗。另外，G5可基于一套架構實現NVMe和SAS都支持，采用超高速PCIE 3.0互聯架構，最大可擴展48個控制器，可實現6個9的可靠性。

在SCM級別介質方面，浪潮存儲引入傲騰SSD作為SCM內存存儲。SCM位于DRAM和NAND之間，能夠填補DRAM和NAND之間的性能和時延的鴻溝。由于SCM具備持久化和快速字節(jié)級訪問的特點，同時具備Persistent Memory介質和NVM(Non-VolatileMemory)介質特性，更重要的是SCM沒有NAND Flash順序寫入和寫前擦除的約束，操作過程更簡單，在壽命和數據保持能力方面的表現也遠超NAND Flash。基于這些特點，業(yè)界普遍認為SCM會成為顛覆存儲系統設計的新一代介質，并優(yōu)先應用于性能和可靠性要求較高的場景。

Intel Optane(傲騰)系列硬盤通過實踐證明NVMe和SCM(Storage Class Memory)配對時才會顯現更大的存儲優(yōu)勢，那時數據存儲將會迎來重大飛躍，NVMe的未來屬于SCM。

浪潮存儲全面支持SCM級介質，可在內存和NAND之間增加新的性能層，具有高性價比；或整機框滿配Optane SSD，提供超高性能，業(yè)界少有。

說完外功，我們再來看看內功，也就是軟件方面，浪潮存儲通過全用戶態(tài)軟件棧、智能資源調度技術、智能硬壓縮技術、垃圾回收技術、滿條帶寫、元數據優(yōu)化等技術創(chuàng)新，實現了全閃存儲的性能調優(yōu)。

其一全用戶態(tài)的軟件棧。浪潮存儲軟件部分和硬件驅動都在操作系統的用戶態(tài)實現，這種實現方案有如下優(yōu)勢：可以減少CPU中斷次數，消除內核態(tài)到用戶態(tài)的內存拷貝，提升性能；便于升級和維護，升級固件無需重啟操作系統，直接升級替換軟件部分就可以。

這種方案也是當前DPDK等高性能IO框架所采用的實現方式。

其二智能資源調度技術。浪潮存儲軟件棧不完全依賴于操作系統的任務調度機制，而是采取如下的手段提高CPU利用率：比如使用進程綁定技術，將所有的任務綁定在不同的CPU核上，任務執(zhí)行時不跨越CPU核，不存在需要進行沖突保護數據，也就無需用鎖來保護沖突，可以避免加鎖引起的CPU上下文切換，提高CPU利用率。又如，使用數據綁定技術，將元數據進行切片，綁定在不同的CPU核上，避免多核并發(fā)訪問同一元數據，降低CPU競爭引起的等待，提高CPU利用率。

其三智能硬件壓縮技術。定長輸出壓縮模式是一種前壓縮方式，數據會先經過緩存壓縮（專用緩存和壓縮芯片），最終落盤的是壓縮后的數據；且算法依據非定長輸入會生成定長輸出，更容易滿條帶刷寫，提高性能同時提高磁盤空間利用率。浪潮存儲基于時序的優(yōu)化策略可以識別隨機熱點數據，依賴局部性原理進行數據存儲，進一步提高隨機場景的壓縮性能。浪潮存儲采用專用的硬件壓縮引擎極大釋放了CPU計算資源，最終帶來系統整體性能的提升。

其四垃圾回收優(yōu)化技術。由于SSD固態(tài)盤介質特點，在長時間隨機讀寫后，再將數據寫入非空塊時，需要將塊中的其他數據讀入緩存、擦除整個塊、寫入數據，這種“寫放大”導致性能急劇下降，且影響SSD盤壽命。浪潮全閃存儲設備利用全局垃圾回收優(yōu)化，針對SSD盤，在恰當時機，標識不再使用的數據塊，讓設備從內部自動清除這些數據。從而提升I/O性能。

其五滿條帶寫技術。滿條帶寫即將隨機小IO轉為滿分條的順序大IO后寫入，隨之帶來的好處是： SSD盤在做GC回收空間時就無需再搬遷數據，從而減少SSD內的寫放大，延長SSD盤的壽命。浪潮存儲通過滿條帶寫技術消除了Raid校驗數據的反復更新，減少寫盤數據，減少寫放大。

其六元數據優(yōu)化技術。浪潮全閃存儲通過基于全閃卷分配連續(xù)的地址，將多個元數據合并為大塊IO, 然后一起下盤，節(jié)省CPU資源。通過冷熱數據分流技術，浪潮存儲能夠將元數據和用戶數據存放在不同的分區(qū)中，從而增加分區(qū)中數據同時無效的概率，達到減少垃圾回收過程中搬移有效數據的數據量，提升SSD的性能及可靠性。

其七數據零檢測技術。浪潮存儲優(yōu)先進行數據全零檢測。在開啟重刪與壓縮模式下，將優(yōu)先進行數據塊指紋值與全零指紋值的比較。若指紋值相同，則逐字確認數據是否全零。如確認是全零數據，則僅僅標記元數據，不進行數據的落盤。從而節(jié)省SSD存儲空間，縮短I/O路徑，提高系統性能。

打造內外兼修、軟硬皆強的全閃存儲  

總結下來，全閃存儲不但需要在硬件層面采用閃存盤乃至SCM級介質，還需要通過軟件棧的全面優(yōu)化去發(fā)揮出高速介質的強大性能，浪潮全閃存儲正是這樣一款內外兼修，軟硬皆強的產品。正是浪潮存儲部門孜孜不倦的努力，不斷在全球存儲性能委員會SPC-1這個平臺上創(chuàng)造了一個又一個的佳績：浪潮存儲先后刷新了16控、8控、單位成本性能三項世界記錄。