行业精选｜英特尔® 固态盘构建 KingStore超融合架构解决方案

应对挑战

在为用户提供云服务的过程中，金山云发现，如果依然沿用传统的集中式存储架构，将很难实现预定目标，整个平台将会面临如下几个方面的巨大挑战：

如何提升IOPS 能力以满足云计算需求？

基于云计算技术构建的新型数据中心，对整个存储系统提出了极高的要求：具备快速响应、高IO 处理、高可靠、低成本、线性扩展等特性，以解决数据快速增长带来的挑战。

如何提升扩展能力？

考虑到应用系统未来3～5 年的业务发展，以及业务突发的需求，为满足应用系统的性能、容量承载需求，就需要提升存储系统的扩展性。这不仅仅是要求存储系统能够充分利用现阶段存储设备的硬件能力，不造成浪费，还要求存储系统在进行扩展的时候，不对现有应用的连续性构成影响，并最好能够实现存储容量和性能可线性扩展。

如何提升存储系统的成本效益？

对于金山云来说，成本是其考虑的一个重要因素。如果采用高端磁盘阵列的方式，将会产生极高的硬件购置费用，带来巨大的成本压力。而目前国内云服务市场竞争极为激烈，若无法有效控制存储系统的建设成本，将会极大的制约金山云KingStore 的整体市场竞争力。

如何减低系统运维难度？

专属的存储系统往往意味着较高的系统复杂度与管理难度，这导致数据中心运维效率低下、投入成本高等问题，难以适应云计算大数据时代对IT 基础设施的要求。此外，在数据读写高负载环境下，也需要尽量避免存储设备产生故障，并能够在故障发生后尽快恢复数据，减少对于业务连续性的影响。

解决方案

集中式存储解决方案的固有特性并不能解决存储系统在性能、扩展性等方面的瓶颈。因此，金山云决定开发多节点网络聚合，实现模块化无缝横向扩展的软件定义存储方案KingStore，并采用超融合架构作为实施部署方案。

存储服务层包含快照、克隆、压缩、备份、容灾等功能，可以为用户提供高性能、高效率的存储服务，同时能够在发生意外事件时及时恢复数据，确保业务的高可用性。而存储驱动层则包含块存储服务、文件存储服务、对象存储服务，可为虚拟化顶层的OpenStack*、KVM 等虚拟化系统提供存储能力支撑。

实施效果

金山云KingStore如何实现领先业界的IO 性能

金山云与英特尔（中国）云计算创新中心进行紧密配合，KingStore 采用的英特尔® 固态盘S3710 或P3700 在硬件本身即具备极高的IO 能力。在模拟真实环境的测试中（服务器、硬盘部署于同一个RACK，测试配套见下表），采用基于SATA 协议的英特尔固态盘S3710的KingStore 最终得到平台4KB 随机读和随机写性能分别为122.4 万IOPS 和18.72 万IOPS。如果采用基于NVMe 协议的英特尔PCIe* 固态盘，KingStore 的性能还将有大幅增长。在实际测试中，采用英特尔固态盘P3700 的KingStore，最终测得4KB 随机读和随机写能力分别为662.4 万/43.2 万IOPS，远超过采用SATA 固态盘的性能，适用于峰值数据负载量大，对于业务延迟有着严格要求的客户。

此外，英特尔SATA 和NVMe 固态盘都具有非常优秀的性能一致性，IOPS 能力随应用环境变化的抖动很小。如此卓越的数据读写性能，保证了云平台即使在高负载的情况下，也能向客户提供高速稳定的云服务。

使用英特尔® 固态盘确保云服务的高可用性

对于行业用户来说，云服务的可用性至关重要，英特尔固态盘帮助金山云KingStore 更容易接近了这个目标。即使在高负载的情况下，英特尔固态盘也能够保证极低的故障率。统计显示，英特尔固态盘在6 百万片出货量中,真实年失效率低于0.1%，这不仅保证了存储系统的稳定性，也极大的降低了运维成本。

此外，英特尔固态盘还对可靠性进行了改进，通过冗余存储空间保护用户数据，并提供断电数据保护功能，支持在系统突然断电时利用电容电量将缓存中的数据立即保存后再停止工作。即使固态盘发生故障，或者云数据中心出现供电故障也不会影响数据的完整性。在实际测试中，该KingStore 搭载了两套VMware* 系统（VMware 系统环境为：CPU=2Core，Memory=4GB；/dev/vda=40GB，/dev/ vdb=100GB），并通过插拔固态盘模拟了固态盘损坏后的数据丢失与恢复情况。

测试结果表明，在固态盘拔出并重新插入的过程中，KingStore 所在VMware 中的数据写入会在暂停之后恢复，这个过程中数据不会丢失。另外，在固态盘损坏或拔出之后，KingStore 存储集群会以20MB/S 的速度恢复数据，这个过程中存储系统的整体IOPS 性能基本不受影响。

另外， 采用集群管理方式，不存在单点故障，灵活配置多数据副本，不同数据副本存放在不同的节点上， 单个物理节点故障不影响业务的使用，并通过纠删码技术来提高可用性（纠删码是一种在分布式文件系统中保证数据可靠性的技术，能提供优化的数据冗余度，以防止数据丢失，具有编码效率高、节省存储空间的特点）。

存储系统总拥有成本（TCO）得到有效控制

在云存储系统的建设中，存储系统的硬件采购是一笔庞大的支出，相对于昂贵的传统存储架构，金山云KingStore 通过采用标准的企业级X86 服务器，整合了计算和存储功能，极大地降低了存储系统的成本支出，借助超融合节点上的英特尔固态盘，无需部署昂贵的磁盘阵列就可以获得同等的IOPS 能力。数据显示，此KingStore 超融合架构单GB 存储成本只有传统存储的三分之一，从根本上缓解了企业客户的IT 成本压力。

另外，标准的企业级X86 服务器还让IT 人员的运维压力大大降低，企业可以很轻松地将标准化的运维流程迁移到云平台的运维之中。同时还提供了全图形化的统一操作平台， 支持实时性能监控、集群管理、预警及告警机制，充分简化运维人员的操作，运维成本也随之降低。

未来规划

英特尔与金山云的强强联合打造了具有极高竞争力的云平台， 双方还将在更多层面深化产品合作。除了根据用户需求，敏捷扩展英特尔NVMe 固态盘等更高性能的硬件设备之外，还将集成英特尔® Storage Performance Development Kit（英特尔® SPDK），其提供了一套完整的工具和库，旨在提供高性能、可扩展、高可靠性的用户态存储应用。英特尔SPDK 具备全用户态驱动，采用轮询模式完成数据收发、避免中断和上下文切换，精确到per core 的资源配置力度以达到无锁化操作等优势，可以实现资源独占、提高内存使用效率，进而提升IO 性能。金山云对英特尔SPDK 提供的iSCSI Target 与TGTD 提供的 iSCSI Target 进行了对比测试，测试配置及数据如下：

值得一提的是，金山云KingStore 在未来还将整合英特尔® Intelligent Storage Acceleration Library（英特尔® ISA-L）算法库，其包括哈希、循环冗余校验、加解密、压缩、纠删码等函数。主要用于加速存储在数据安全、数据保护、数据去重等方面的应用，英特尔ISA-L 使用multi-buffer 技术对哈希进行了优化，与openssl 1.0.2 中所使用的哈希对比，ISA-L 哈希最高可达到 15 倍的性能提升。

众所周知，在分布式存储中，纠删码是比多备份更高效的保证数据可靠性的技术。纠删码能提供优化的数据冗余度，以防止数据丢失，恰当地使用纠删码可以提高空间的利用效率并获得较好的数据保护效果。 纠删码具有编码效率高、节省存储空间的特点。但是纠删码的复杂计算导致性能下降。英特尔ISA-L 提供了高性能纠删码的方案。对于Reed-Solomon（RS）纠删码10+4，在英特尔® CPU 的单核上，英特尔ISA-L 纠删码最高可达到9.7GB/s 的吞吐量，比目前开源的RS 纠删码快10 倍左右。