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nutanix 路坦力 超融合架构 为你的关键应用“插上翅膀”—— Nutanix AOS 让 NVMe 性能“任性”发挥
作者:管理员    发布于:2019-10-18 05:22:36    文字:【】【】【


原创: Grace  Nutanix路坦力  昨天



2019年10月 Nutanix 在哥本哈根的 .Next 用户大会上官方宣布了对最新 NVMe 和 Intel Optane(傲腾)的全面支持。这两项前沿存储技术以高性能和低延迟著称,已经在 Nutanix AOS 5.11.1及更高版本提供支持。这意味着在 Nutanix 平台可以与最新的存储技术紧密结合,为上层应用提供高性能。

什么是 NVMe ?它为什么让 SSD 更快?


NVMe 是针对 SSD 存储设备的 PCIe 接口协议,它的全称是 Non-Volatile Memory Express ,即非易失性内存主机控制器接口规范。对比 SATA 和 SAS 接口协议,NVMe 对 I/O 的响应更快,数据读写的吞吐量更高,延迟更低。

但是它为什么更快呢?道理很简单:由于 SSD 本身的数据访问已经非常快了,性能的瓶颈在计算机与设备连接的接口和协议上。NVMe 协议是一个更优的 SSD 接口协议,它本质上建立了多个计算机与存储设备的通路,这样搬运数据的速度自然就提高了,就如同三头六臂的人多线程工作一定会比普通两个手的人工作更快、效率更高。





知道吗?您的网络可能配不上您的存储设备


别以为采用 NVMe 或 3D X-Point 这样更快的闪存技术,就可以获得更高性能。您可能忽略了一点,那就是网络。无论使用光纤通道还是以太网网络,网络都可能成为闪存技术能否发挥高性能的制约条件。数据库管理员早就可能发现了“近水楼台先得月”的道理。因为数据与应用程序的距离越远,延迟就越高,吞吐量就越低,进而就会导致应用的性能变差以及响应时间变长。在使用闪存时,这种情况就更加明显,特别是随着闪存技术的飞速发展,一两块高性能闪存盘就可以将网络带宽耗尽。这也是一些工程系统要求使用高速和低延迟的 InfiniBand 网络和 RDMA 技术的原因。下图中将三种不同的闪存设备与当前的以太网网络技术的吞吐量进行了比较,可以看到在使用 NVMe 和 3D X-Point 这样的存储设备时,40G 或 100G 网络可能都没有办法完全发挥这些新存储技术的高性能。


再来看这个例子吧:下图是新西兰的 Nutanix 员工做的一个测试,NVMe 的延迟是 30us ,而 40GbE 的网络延迟却是 40us 。显而易见,网络已经拖了存储的后腿。打个比方来说,就像你开了个法拉利跑车却遇到了北京下班时段的高峰拥堵,想飚也飚不起来。





为什么 Nutanix 数据本地化可以让 NVMe 插上翅膀,带您的应用 “飞” ?


受限于网络瓶颈,闪存设备商通常会建议采用更快的网络比如 40/100GbE 的网络甚至 NVMe over fabrics,以消除网络带来的瓶颈,从而提供更低的延迟和更高的带宽。那不禁让我们思考一个可能,如果在网络条件不变的情况下,闪存技术的高性能有无可能被发挥出来?

一个比较理想的情况是这样:它应该直接的连接在本地,不需要跨网络或通过不同协议和性能受限的控制器。这是基本的物理学原理。更简单的比喻,如果大多数公司的员工都住在公司附近的小区里,步行就可以上班,道理上就不会有那么多汽车通勤。想象一下,突然将75%的北京汽车从道路上移开,将会发生什么。 交通拥堵不仅会很快消失,还将从其他方面获得受益,例如更少的交通事故,更少的道路维护,减少空气污染等等。

Nutanix 的数据本地化就是这样的技术,这个技术特性天然地使客户能够最大化闪存的优势,而无需购买昂贵的网络和新存储设备。Nutanix 数据本地化的设计在于让读写I/O请求都尽可能由 VM 所在的节点的本地 CVM(Controller VM)所响应处理,直接从本地 SSD 读取数据,从而间接将大部分读取移出网络。当 VM 由一个节点迁移至另一个节点时(或者发生 HA 切换),此 VM 的数据又将转由 VM 当前所在节点中的本地 CVM 提供服务。当读取旧的数据(存储在之前节点之上)时,I/O请求将通过本地 CVM 转发至远端 CVM ,所有的写I/O都将在本地 CVM 中完成。当分布式存储文件系统检测到I/O请求落在其它节点上时,将在后台自动将数据移动到本地节点中。数据仅在被读取到时才进行搬迁,进而避免不必要的网络压力。下图是数据本地化的原理图。


同样是超融合系统的解决方案,如果不具备数据本地化的特性,就无法节省跨节点的网络读取流量,这和有数据本地化的方案相比有多大的差距呢?
由于读操作不需要占用任何网络带宽,写操作的一个副本也在本地,可减少50%的写带宽,所有网络带宽均可用于写入操作的支持,这可以更有效地提升写入的性能。换而言之,大部分情况下,IT 部门可以在网络设备上进行成本节省(可以使用背板带宽低一些以太网交换机,而不是成本昂贵的 40/100G 交换机网络)。

与此同时,这个特性还有效地增加了应用访问的可用带宽。不仅改善了存储性能,而且还改善了存储服务之上的应用程序的响应时间。可以说, 超融合环境中的数据本地化特性 更好的发挥了 NVMe 和 3D X-Point 等新技术的优势,为企业的数据库等关键应用插上了“高性能”的翅膀。

本文章由 Grace Gao 供稿,她目前担任 Nutanix 的技术培训项目经理,曾参与《Nutanix 超融合基础架构权威指南》撰写和 Nutanix Bible 的翻译工作。


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