從2015年發(fā)布以來，SmartX超融合系統(tǒng)就在不斷提升性能，而2019年到2020年的此次性能上的飛躍，效果還是非?？捎^的。

SmartX聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO張凱介紹說，2019年，當(dāng)英特爾發(fā)布傲騰持久內(nèi)存之后，SmartX啟動(dòng)了一個(gè)叫Sailfish（旗魚）的項(xiàng)目，Sailfish是已知海洋中最快的一種魚，SmartX決定利用傲騰來優(yōu)化性能，為的是能更好地承載核心系統(tǒng)，為了替代傳統(tǒng)裸金屬和傳統(tǒng)中高端磁盤陣列的架構(gòu)。

解決用戶對(duì)于性能的硬性需求，或者說突破超融合能力的上限，就是SmartX成功的重要秘訣之一。

超融合用傲騰的難點(diǎn)和局限性

SmartX利用創(chuàng)新的介質(zhì)特性，以及對(duì)系統(tǒng)底層的開發(fā)能力最終完成了這次大的性能優(yōu)化。但作為首家在超融合中使用傲騰內(nèi)存作為緩存加速的廠商，SmartX知道這事兒很難。

上圖可見，從內(nèi)存到SSD再到磁盤，不同介質(zhì)的容量以及性能表現(xiàn)可以用上圖來表示，內(nèi)存的訪問延遲在0.1微秒的級(jí)別，SSD大概是不到100微秒的水平，而磁盤則是不到1000微秒的水平，當(dāng)兩個(gè)層級(jí)之間性能差異較大時(shí)，就會(huì)帶來體性能上的瓶頸。

英特爾傲騰則是在DRAM和NAND SSD之間加入了新的存儲(chǔ)層級(jí)，可以使存儲(chǔ)層級(jí)間的性能差異變小，因?yàn)椋硫v有接近DRAM的性能，DRAM內(nèi)存時(shí)延非常接近，另外，傲騰還具有SSD的非易失性，掉電不丟數(shù)據(jù)，而且，它的介質(zhì)本身可靠性很高。還有一點(diǎn)，傲騰支持字節(jié)尋址，就是每次可以只訪問部分字節(jié)，而不是512字節(jié)或者4KB那么多。

2019年，SmartX發(fā)布了采用傲騰持久內(nèi)存的一體機(jī)，該一體機(jī)已用于某國內(nèi)金融企業(yè)的VDI場景中，這里用的是內(nèi)存模式，就是直接把傲騰當(dāng)內(nèi)存插上去，而把真正的DRAM內(nèi)存當(dāng)做傲騰內(nèi)存的緩存，這是一種比較簡單的模式，不需要做太多開發(fā)，但實(shí)際上傲騰還有另外一種模式，叫做App Direct模式，需要在超融合的系統(tǒng)層次上做一些開發(fā)，這是SmartX這次主要的使用方式。

但超融合系統(tǒng)想充分利用App Direct模式其實(shí)有很多限制，由于超融合系統(tǒng)和用戶應(yīng)用同時(shí)運(yùn)行在相同的設(shè)備上，系統(tǒng)和應(yīng)用共同占用資源，如果系統(tǒng)資源占用較多，這意味著應(yīng)用性能就會(huì)受限，這是超融合的特殊之處，超融合雖然有存儲(chǔ)服務(wù)能力，但功能特性的設(shè)計(jì)要考慮性能占用，想要將傲騰性能發(fā)揮出來，無異于戴著腳鐐跳舞。

更重要的是，由于傲騰本身很快，但如果只有傲騰快，系統(tǒng)別的組成部分都很慢的話，傲騰也完全發(fā)揮不了作用。

優(yōu)化性能的黃金套路——化繁為簡做減法

為了減少資源占用，為了發(fā)揮傲騰的性能，SmartX做了許多化繁為簡的操作。據(jù)我個(gè)人觀察，近年來的性能優(yōu)化空間很大程度上都是化繁為簡做減法，比如上圖中NVMe相比SAS/SATA就做了減法，少了中間多個(gè)步驟，NVMe硬盤的延遲和IOPS有大幅提升，SmartX的做法也類似。

在看具體做法前，我們看到上圖中，用戶的應(yīng)用運(yùn)行在一個(gè)個(gè)虛擬機(jī)里，虛擬機(jī)里的延遲高的一個(gè)重要原因是IO路徑長。如上圖，一個(gè)請(qǐng)求從guest虛擬機(jī)發(fā)出到hypervisior，再到存儲(chǔ)軟件，再到內(nèi)核，然后再告訴另外幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后寫到磁盤上，一共需要五個(gè)步驟，每個(gè)步驟都會(huì)增加額外的延遲，最終影響到性能。如果沒有虛擬機(jī)的話，起碼可以省掉hypervisior這一層，所以，裸金屬的方式比虛擬化的性能好。

為了優(yōu)化性能，為高速傲騰掃清道路，SmartX在三個(gè)層次下手優(yōu)化了IO路徑。

第一個(gè)，就是在計(jì)算虛擬化層繞過hypervisior，做法是在虛擬機(jī)和存儲(chǔ)軟件之間建立了一個(gè)Shared memory，虛擬機(jī)的請(qǐng)求直達(dá)存儲(chǔ)軟件，化繁為簡，性能up。

第二個(gè)是網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化，繞開內(nèi)核（Kernal）和TCP協(xié)議。SmartX采用RoCE的方式來實(shí)現(xiàn)RDMA網(wǎng)絡(luò)，這種方案能復(fù)用原有的以太網(wǎng)設(shè)備，而且因?yàn)樽隽艘恍┒ㄖ苹墓ぷ?，網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程繞開了整個(gè)Kernal。另外，由于UDP、TCP協(xié)議都是由硬件網(wǎng)卡來計(jì)算的，沒有用CPU的資源，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，最終，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)速度非常高，延遲非常低，化繁為簡，性能up。

第三個(gè)是存儲(chǔ)層的優(yōu)化，繞開了Kernal。存儲(chǔ)層的優(yōu)化看的也非常清楚，就是通過走DMA繞開了Kernal，從而提升效率和性能。

第四層優(yōu)化，利用了傲騰的字節(jié)尋址特性優(yōu)化SSD Journal系統(tǒng)，也是化繁為簡的操作。眾所周知，SSD是以4KB為單位來進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入的，如果不夠4KB的話，也要進(jìn)行一次4KB的寫入操作，如果大于4KB的話，會(huì)把數(shù)據(jù)切成多個(gè)4KB來寫入，以4KB的方式寫入是由NAND SSD的特性決定的。

問題在于，如果有大量小于4KB的數(shù)據(jù)的話，就會(huì)有大量的4KB寫入操作，這種情形叫做寫放大，它會(huì)極大地浪費(fèi)性能，而傲騰因?yàn)橹С忠宰钚?4字節(jié)的寫入方式，所以適合大量小數(shù)據(jù)寫入的情形，極大地降低了寫放大，減少了寫入的數(shù)據(jù)量，意味著性能上會(huì)有很大提升。

以傲騰持久內(nèi)存來支撐的Journal系統(tǒng)的性能能大大提升，整體系統(tǒng)的性能也就水漲船高了。

用搭載了英特爾傲騰持久內(nèi)存的三節(jié)點(diǎn)SmartX Halo P系列一體機(jī)進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，IO性能提升了3.2倍，延遲上有85%的降低，三個(gè)節(jié)點(diǎn)可以提供120萬的IOPS和100微秒的延遲。這都是Sailfish項(xiàng)目帶來的價(jià)值，它讓超融合有了媲美中高端全閃存存儲(chǔ)的能力。

總結(jié)一下

我們看到，SmartX對(duì)性能的極致追求解決了許多超融合解決不了的問題，讓用戶在享受超融合帶來的種種便利的同時(shí)，也能體驗(yàn)到超高的性能，也讓超融合開始承載核心業(yè)務(wù)，這種突破不僅成就了SmartX，對(duì)超融合市場本身也有很大的鼓舞作用，讓許多超融合廠商相信，只要在一些方面把產(chǎn)品做到極致，差異化的優(yōu)勢(shì)水到渠成。

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