SmartX + 傲腾：引领下一阶段超融合创新

　　近年来，超融合技术已经成为现代数据中心流行的基础架构解决方案。凭借其架构简单、易于扩展等优势，超融合应用范围越来越广泛，从VDI、研发测试等场景逐渐扩展到生产环境。

　　以SmartX为例，目前已经有诸多金融、制造业、商业连锁等行业客户使用SmartX超融合产品运行生产业务负载，更有一部分用户在评估未来将核心业务迁移到超融合环境中。但相对于物理机和全闪磁盘阵列方案，用户对基于虚拟化平台的超融合系统性能延迟还存在顾虑，导致核心系统始终未被整合到超融合系统当中。

　　另一方面，英特尔傲腾技术，尤其是傲腾持久内存，正以其低延迟、持久化存储等突破性特性为超融合系统带来更多可能性。SmartX基于用户核心业务需求，通过对傲腾持久内存的充分利用和优化，以及对SMTX OS进行的升级，推出了基于SMTX OS与英特尔傲腾持久内存的高性能、超低延迟超融合解决方案。

　　傲腾是英特尔推出的全新存储技术，它允许记忆单元独立寻址，无需晶体管，并且支持堆叠的架构，也称为3D-XPoint。傲腾技术支持不同形态的封装，既可以作为内存使用，也可以作为存储使用。其中傲腾持久内存就是以内存形态封装，支持像普通内存一样插在内存槽使用。

　　傲腾持久内存具备极高的性能和只有不到1us的延时（是NAND Flash延时的千分之一），仅次于内存的延时。它的最高读写速度是普通SATA SSD（NAND Flash）的1000倍以上，而且性能稳定，抖动小。

　　基于英特尔傲腾持久内存的高性能，低延时，非易失等特性，SmartX希望打造以Optane DC Persistent Memory（PMEM）作为缓存，NVMe NAND SSD作为存储介质的全闪超融合解决方案。这个方案将大幅度改善业务系统延时，使得SMTX OS产品可应用于对延迟要求最苛刻的核心业务。使用该方案，SmartX超融合一体机三个节点的最小系统即可达到120万IOPS，而且虚拟机端的IO延时可从ms级别降低至us级别。

　　SMTX OS是SmartX软件超融合产品，SMTX OS以软件定义的方式和分布式架构为用户提供集成虚拟计算、虚拟存储及虚拟网络等基础架构服务。SMTX OS可运行在x86商用服务器硬件之上，以分布式集群进行部署，多个节点之间通过高速以太网互连，并支持横向扩展（scale-out ）。

　　 SMTX OS具备以下特性：

　　简单：SMTX OS计算与存储融合，架构精简，易于管理。

　　易于扩展：SMTX OS以分布式架构部署，易于扩展，支持在线增加节点以扩展容量和性能。

　　高可用：SMTX OS支持VM高可用，异步备份，甚至是双活集群，可提供不同层面的业务连续性保护。

　　良好的开放性：SMTX OS对硬件和计算虚拟化平台都具备良好的开放性，虚拟化不仅支持SmartX原生的ELF（KVM-based），还支持VMware、Citrix虚拟化平台，并支持市场主流的服务器硬件。

　　在现有SMTX OS软件栈中，一个IO请求会经过：计算虚拟化层、网络层和存储层。

　　IO请求在经过每一层系统时，都会带来额外的性能开销，这些性能开销来自于上下文切换，系统中断以及内存拷贝等等。为了充分发挥PMEM的性能，解决方案对这三个层次分别进行优化，以做到端到端的IO加速。而该方案面临的最大挑战，就是如何在CPU资源受限的情况，最大化存储系统的性能。

　　解决方案最小规模依旧为3个服务器节点，多个节点之间通过25GbE（或100GbE）RDMA网络互联，组建SMTX OS超融合集群。

　　 Optane持久内存缓存加速工作原理

　　虚拟机的IO优先写入本地Optane持久内存缓存，并通过高速RDMA网络将IO副本写入远程节点上的Optane持久内存缓存，等待所有副本写入持久内存后才会返回，以保证数据一致性。凭借持久内存低延时、高性能特性，虚拟机业务将获得前所未有的性能体验。

　　持久内存上的数据如果变 ”冷”，系统将自动将数据下刷到NVMe SSD存放，保证只需要少量的持久内存设备就可以持续为业务加速。如果 “冷数据” 重新被访问，数据会从NVMe SSD重新调入持久内存，保证经常被访问的 “热数据” 可驻留在持久内存以获得最佳的响应速度。而同时NVMe SSD也保证了数据调入的速度足够迅速。

　　 异步访问持久内存，以有限的CPU资源获取最大的带宽

　　数据从内存写入持久内存设备需执行内存复制的操作。而内存复制是一种串行操作，在任务完成之前不会释放CPU资源，对CPU性能消耗比较大。因此，如果以默认的方式将数据同步写入 持久内存，CPU资源将受到内存复制影响而被大量占用，无法处理其他任务，整体效能相对较低。

　　如需要进一步提升持久内存的带宽必需增加CPU core数量，通过多个CPU核心并发访问获得更大的带宽性能。但这种方式是与超融合架构的理念是相悖的，超融合架构应该尽可能地压缩系统本身的开销，留出更多的计算资源提供给虚拟机使用，而不是无限制地占用CPU资源。

　　为了保证在有限的CPU资源下提升持久内存的带宽性能，SmartX技术团队创新地引入了IO/AT DMA引擎实现了异步写入持久内存的机制，使得单个CPU core的最大写入带宽提升至10GB/s。

　　SMTX OS在几乎没有增加额外CPU资源的情况下支持持久内存设备，并获得了2.5倍的性能提升。

　　 存储引擎优化

　　利用持久内存访问特性，SMTX ZBS存储引擎进行了优化，改善了市面上大部分全闪产品都会遇到的问题。

　　SMTX ZBS每个节点都会在本地运行一个IO处理逻辑，称作LSM (Local Storage Management)，它负责本地缓存设备和存储设备的管理。

　　 通过以上架构改进与性能指标可以看到，基于SMTX OS和Intel Optane持久内存的超融合方案具有以下亮点：

　　1. 方案实现从Hypervisor到存储网络以及存储介质的端到端优化。

　　2. 仅占用少量计算资源，最小系统三节点即可达到甚至超过中高端全闪阵列指标，而应用端延迟远低于中高端全闪磁盘阵列。

　　3. 而相比中高端磁盘阵列，SmarX超融合产品的总拥有成本、系统弹性和易维护性具有巨大优势。

　　 基于SMTX OS和Intel Optane持久内存的超融合方案，将在以下场景为用户带来价值：

　　1. 交易类数据库应用为主的高并发，低延迟IO的场景，并提供：a. 端到端的超低延迟和高并发性能。b. 简单、弹性的系统架构。

　　2. 数据中心整合，并提供：a. 更高性能带来更高虚拟机密度。b. 进一步简化IT，降低总拥有成本。

　　作为国内最早投入并且专注在超融合领域的厂商，SmartX 拥有国内顶尖的超融合及分布式块存储研发团队，从初始阶段就坚持自主研发核心技术而非基于开源，具有强大的差异化竞争优势。同时，SmartX 始终坚持本土研发和本地化服务，为用户提供包括实施安装、培训、售后上门等一系列原厂服务，能够最大限度为用户提供高效可靠的原厂支持，使用户的IT基础架构获得 “360度” 服务保障。