有無RDMA前后

典型如RDMA，就是繞過了CPU操作的流程，把原本CPU要做的事兒交給了別人。類似的offlload創(chuàng)新有很多，在超大規(guī)模云計(jì)算中心這種效率至上的地方，AWS的Nitro也在做同樣的事兒。

有無Nitro架構(gòu)上發(fā)生的變化

從上圖可以直觀的感受到，有了Nitro系統(tǒng)之后，系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜度明顯降低。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，Nitro分為三大方向，且三大方向相互獨(dú)立。

這三大方向分別是:

NitroHypervisior:專有硬件上承載hypervisior，實(shí)現(xiàn)近似裸機(jī)服務(wù)器的性能表現(xiàn)；

NitroCards:專有硬件承載存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)功能，以及控制EC2實(shí)例的業(yè)務(wù)邏輯；

Nitro安全芯片:硬件層的安全驗(yàn)證能力；

NitroHypervisior

Nitro首先是一塊ASIC芯片做成的系統(tǒng)，插在云數(shù)據(jù)中心的物理服務(wù)器上，把原本需要運(yùn)行在CPU上的軟件hypervisior要做的事兒自己做了。

圖自AWS re:Invent 2018

把原來虛擬機(jī)軟件要做的事兒交給專有硬件來做之后發(fā)生了很多變化，最最最主要的就是性能上的變化。AWS首席技術(shù)布道師Jeff Bar在一篇博客里寫道：有了NitroHypervisior的實(shí)例跟裸機(jī)服務(wù)器主機(jī)相比，性能只差了大約1%，這一微小差別很難察覺出來。上圖是一張?jiān)?018年AWS re:Invent大會(huì)keynote上公布出來的圖，它展示了采用Nitro hypervisior的C5實(shí)例與沒用Nitro的C4，以及裸機(jī)服務(wù)器主機(jī)的喚醒時(shí)延對(duì)比，C5主機(jī)表現(xiàn)與裸機(jī)服務(wù)器主機(jī)差別非常小。

Nitro的引入是AWS EC2的極具突破性的創(chuàng)新，上圖回顧總結(jié)了EC2多年來使用的虛擬化技術(shù)的變遷史，從上到下的歷代更新中，用硬件直接干的事兒越多，從純軟的虛擬化到半虛擬化，性能越來越好，最開始連CPU和內(nèi)存都是虛擬的，后來，Nitro用ASIC硬件運(yùn)行的基于KVM的Hypervisior取代了原來的Xen虛擬化方案，CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)都成了硬件來支撐的了，現(xiàn)在可以說是真正的硬件虛擬化了，性能嗖嗖的上來了。

在性價(jià)比方面，Nitro將原本在通用CPU里運(yùn)行的Hypervisior抽離到了專有硬件上，offload掉了原本需要服務(wù)器自己做的事兒，所以，用戶買到的資源就不再打折扣了，比如CPU和內(nèi)存資源就更足量了，如果說騰出來的CPU計(jì)算資源量不好描述的話，那么內(nèi)存容量的足額交付就非常直觀了。

那么，性價(jià)比能差多少呢？

以C5實(shí)例為例，從新一代的C5實(shí)例開始，AWS未來幾乎所有的新型主機(jī)會(huì)用Nitro。對(duì)比一下，原來C4系列主機(jī)CPU:RAM的配比是1：1.875，現(xiàn)在變成真正的1：2了，當(dāng)然計(jì)算資源也有類似的提升，用戶能買到能足額交付的資源，或者說買到的資源都能用于業(yè)務(wù)上了，對(duì)于用戶來說意味著性價(jià)比的提升。

今年2月份的一則消息顯示，AWS中國的用戶已經(jīng)能使用包括計(jì)算優(yōu)化（Compute-optimized）的C5和C5d實(shí)例，內(nèi)存優(yōu)化（Memoryoptimized）的實(shí)例R5和R5d實(shí)例，說起性價(jià)比提升，AWS給出的數(shù)據(jù)顯示，從C4升級(jí)到C5的話，中國用戶能享受到的性價(jià)比提升高達(dá)49%。另外，R5相對(duì)R4實(shí)例，每個(gè)vCPU能提供額外5%的內(nèi)存空間，而且，R5相對(duì)于R4價(jià)格降幅也高達(dá)49%。

可以說，C5最大的特點(diǎn)就是性價(jià)比提升，這一做法比打價(jià)格戰(zhàn)高級(jí)多了。對(duì)于云主機(jī)這種需求和要求都非常明確的商品來說，性價(jià)比對(duì)用戶還是非常有吸引力的，AWS表示有數(shù)千客戶都開始用上了C5的實(shí)例，包括大名鼎鼎的Netflix也對(duì)C5相對(duì)于C4的性價(jià)比贊賞有加，在實(shí)際使用中，Netflix發(fā)現(xiàn)C5實(shí)例比C4實(shí)例的性價(jià)比提升了40%。

當(dāng)然，以上性價(jià)比數(shù)值都是AWS或者Netflix根據(jù)精確的計(jì)算算出來的，普通用戶想直觀感受下性價(jià)比差異的話，可以參考這一網(wǎng)址（https://aws.amazon.com/ec2/pricing/on-demand/），中國用戶可查看(https://www.amazonaws.cn/en/ec2/pricing/ec2-linux-pricing/）。

筆者我也簡單感受下吧，簡單查看如下價(jià)格表會(huì)發(fā)現(xiàn)，同樣是36核的實(shí)例，C5內(nèi)存比C4的內(nèi)存生生多出來12GB，價(jià)格卻降低了大約20%，C5果真是加量還降價(jià)了，有興趣的朋友也可以自己看看。

截圖自AWS中國官網(wǎng)

當(dāng)然，如果能在整體能力上有所提升就再好不過了，從實(shí)際數(shù)據(jù)可見，C5實(shí)例的各方面配置相比C4也有明顯提升。

在計(jì)算能力提升方面，一方面要靠NitroHypervisior做offload節(jié)省出來的計(jì)算資源。另一方面，當(dāng)然要靠新一代的CPU了，AWS的C5實(shí)例采用的是英特爾定制的第一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，支持最高72vCPU和144GB內(nèi)存（保持計(jì)算優(yōu)化型主機(jī)1:2的配比），支持AVX 512指令集強(qiáng)化的向量和浮點(diǎn)計(jì)算能力，而C4最高只有36vCPU和60GB內(nèi)存配置。

Nitro Cards

存儲(chǔ)方面，在C4時(shí)代，Nitro card就用在了EC2的實(shí)例存儲(chǔ)當(dāng)中了，而C5d系列實(shí)例在存儲(chǔ)方面進(jìn)行了強(qiáng)化，支持本地的NVMe SSD。本地的NVMe的性能優(yōu)勢(shì)毋庸贅言，在IOPS和延遲方面都有顯著提升。目前，除了C5d以外，M5d還有裸機(jī)服務(wù)器的EC2實(shí)例也都支持本地的NVMe存儲(chǔ)了，凡是實(shí)例命名里有字母d的都是支持本地NVMe SSD。另外，在支持遠(yuǎn)程EBS塊存儲(chǔ)的時(shí)候，還采用了非常先進(jìn)的NVMe over fabric技術(shù)。

總之，NitroCard充當(dāng)NVMe控制器的角色，也從hypervisior做offload，充分利用硬件的能力。不僅如此，Nitro Card還在硬件層實(shí)現(xiàn)了EC2實(shí)例與存儲(chǔ)之間的隔離，隔絕了用戶間的一些性能干擾。

VPC網(wǎng)絡(luò)方面，Nitrocard充當(dāng)網(wǎng)卡，充當(dāng)ENA控制器的角色，充當(dāng)SDN功能的專有硬件，從hypervisior做offload，讓服務(wù)器的CPU不用預(yù)留資源去處理網(wǎng)絡(luò)事務(wù)。此外，除了類似Nitro Card充當(dāng)NVMe控制器時(shí)候的隔離性能干擾的特性外，AWS的這塊特殊的網(wǎng)卡還支持許多高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)加速特性。

Nitro的功能相對(duì)獨(dú)立，可以根據(jù)需求靈活搭配來組建，Nitro Card 控制器是一個(gè)大管家，可以管理Nitro的Hypervisior、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及安全功能。AWS通過它來在后臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)管理。

Nitro 安全芯片

在安全方面其實(shí)就沒什么offload了。我們知道，各種設(shè)備的firmware對(duì)系統(tǒng)的安全有序運(yùn)行都非常關(guān)鍵，為了正確管理這些firmware，Nitro 安全芯片一方面追蹤服務(wù)器上各種控制器的firmware的IO操作，一方面還能升級(jí)管理這些firmware，這是原來的服務(wù)器做不到的。在啟動(dòng)服務(wù)器的時(shí)候，Nitro芯片會(huì)做各種底層的安全驗(yàn)證，以此來保證系統(tǒng)安全。

結(jié)語

以上就是Nitro系統(tǒng)的主要職責(zé)，它將存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、管理以及安全的能力都o(jì)ffload到專有的硬件上了，省去了與通用計(jì)算設(shè)備搶占資源的麻煩，節(jié)省資源，提升效率，作為AWS平臺(tái)的一部分，用戶對(duì)于Nitro是不可見的，而且，用戶不需要知道有Nitro這個(gè)東西，各種使用體驗(yàn)與原來沒有Nitro的實(shí)例幾乎一樣，然而，用戶拿到的資源更多了。

看來用專有硬件做專業(yè)的事兒，比通用硬件帶來的效率要高的多，不然怎么會(huì)提升性價(jià)比呢。云巨頭在信息產(chǎn)業(yè)有舉足輕重的作用，除了在業(yè)務(wù)上對(duì)傳統(tǒng)IT帶來沖擊以外，在IT架構(gòu)本身也帶來了許多新變化，云巨頭需要定制適用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等基礎(chǔ)硬件，當(dāng)考慮到規(guī)模效應(yīng)時(shí)，將一些領(lǐng)域做得深入細(xì)致也是必然趨勢(shì)，AWS的Nitro在EC2的offload上開了個(gè)頭，從不跟友商比較的AWS，這次又以一種新的方式，恐怕要逼得純粹的云主機(jī)價(jià)格戰(zhàn)無路可走。

2019年全球閃存峰會(huì)將于2019年8月22-23日在中國杭州國際博覽中心召開，大會(huì)由中國存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)信息存儲(chǔ)專委會(huì)，武漢光電國家研究中心，百易傳媒(DOIT)共同舉辦，將有中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)存儲(chǔ)專委會(huì)、武漢國家光電研究中心、SNIA等多家業(yè)內(nèi)頂尖機(jī)構(gòu)的重量級(jí)嘉賓參與其中，有眾多業(yè)內(nèi)知名大咖，意見領(lǐng)袖共襄盛舉。

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