以下為王勁凱先生的演講實(shí)錄整理：

FusionStack公司介紹：2007年成立，公司做分布式存儲(chǔ)。2010年上線首個(gè)超融合項(xiàng)目，是國內(nèi)較早做超融合項(xiàng)目的企業(yè)。

我們先通過英特爾官網(wǎng)數(shù)據(jù)畫出的一張圖來分析過去十年閃存的動(dòng)態(tài)。紅線是閃存的性能增長(zhǎng)曲線，從2008年開始到2013年，閃存性能變化并不大。從4萬IOPS達(dá)到10萬IOPS，2013年之后突然爆發(fā)，目前可以看到將近百萬級(jí)別的IOPS的閃存成為主流。另外就是CPU性能增長(zhǎng)曲線，CPU性能過去在十年變化也不是很大。這里我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常明顯的問題，存儲(chǔ)軟件性能逐漸跟不上閃存的發(fā)展，閃存性能繼續(xù)提升，存儲(chǔ)成了整個(gè)軟件定義存儲(chǔ)和超融合的瓶頸。

高性能存儲(chǔ)技術(shù)演進(jìn)觸發(fā)的裸金屬架構(gòu)

在過去的十年里，陣列時(shí)代的高性能是高速緩存技術(shù)。磁盤性能比較低，一個(gè)磁盤一秒鐘處理100IO。數(shù)據(jù)量相對(duì)不是很大，熱點(diǎn)比較集中。用內(nèi)存來做緩存，實(shí)際IO落到內(nèi)存里面，這種方式是過去十多年來一直用的方式。

分布式時(shí)代，谷歌領(lǐng)先分布式互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)時(shí)代，大家用的是并行IO。這時(shí)的時(shí)代特點(diǎn)是什么?磁盤性能低，數(shù)據(jù)量大，熱點(diǎn)不明顯。大量磁盤，用軟件把IO聚合起來，一個(gè)分析業(yè)務(wù)我們把它拆散到數(shù)百塊磁盤甚至上千塊磁盤處理，這是分布式時(shí)代的一個(gè)做法。

現(xiàn)在已然進(jìn)入了閃存時(shí)代，閃存性能高，延遲低不再需要你去優(yōu)化。但幾乎所有軟件都落后于閃存的性能，用戶可能在買超融合的時(shí)候，購買多塊閃存，一塊100萬IOPS，3塊就是300萬IOPS，你的軟件能跑300萬嗎?通常不能。用非常高配英特爾至強(qiáng)2699的CPU跑到30萬IOPS，一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在2013年前后，我們注意這到個(gè)問題，然后進(jìn)行了深入研究，最終提出了一個(gè)裸金屬架構(gòu)概念。

裸金屬架構(gòu)實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)注意的問題

這個(gè)架構(gòu)首先我們要注意幾點(diǎn)，第一intterupt是什么?過去編程通常會(huì)使用中斷，你第一件事情就是避免中斷。原子操作，用來實(shí)現(xiàn)鎖，無鎖隊(duì)列。我們有CPU原子指令可以實(shí)現(xiàn)。過去那個(gè)時(shí)代，這個(gè)東西比較高效。閃存實(shí)現(xiàn)這個(gè)東西變得比較低效，帶來核之間的互斥。TLB miss(TLB是頁表緩沖，就是負(fù)責(zé)將虛擬內(nèi)存地址翻譯成實(shí)際的物理內(nèi)存地址，而CPU尋址時(shí)會(huì)優(yōu)先在TLB中進(jìn)行尋址。TLB miss則表示TLB中沒有所需頁表)，而處理器的性能和尋址的命中率有很大的關(guān)系。還有NUMA的問題，你在一個(gè)CPU訪問另外一個(gè)CPU內(nèi)存會(huì)發(fā)現(xiàn)非常之慢?？赡苎舆t增大一兩倍，一般場(chǎng)景沒有問題，閃存場(chǎng)景不可用。

這個(gè)是CPU內(nèi)部的照片，八個(gè)核，中間紅色部分是CPU核之間的鏈接。有一個(gè)比較有意思的現(xiàn)象，每一個(gè)核會(huì)帶一個(gè)L2 Cache，核與核之間通過內(nèi)部高速聯(lián)接連起來。你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，如果你一個(gè)核訪問數(shù)據(jù),它所帶的L2會(huì)很快。但跨一個(gè)核，在另外一個(gè)核上訪問數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)性能下降問題。我們提出一個(gè)理念就是Core as a compute，你跨一個(gè)，哪怕另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)也是遠(yuǎn)程訪問，帶來的代價(jià)可能會(huì)導(dǎo)致軟件性能急劇下降。因此設(shè)計(jì)的時(shí)候盡可能的避免遠(yuǎn)程訪問，做到每一個(gè)核處理自己的事情，核與核要盡量壓縮。

總體架構(gòu)要進(jìn)行哪些改進(jìn)?首先傳統(tǒng)編程模型里用到生產(chǎn)的模型在閃存時(shí)代是不可用的。我們用的是Producer-consumer模型，現(xiàn)在用的分時(shí)操作系統(tǒng)，出現(xiàn)之前采用的就是批處理的Producer-consumer玩法。任務(wù)調(diào)度，調(diào)度器導(dǎo)致你性能下降，會(huì)反復(fù)去影響你的寄存器。我們?cè)谶@上面設(shè)立了協(xié)作式調(diào)度器。事件處理，傳統(tǒng)模型采用event，event延遲很高，會(huì)達(dá)到10微妙，對(duì)閃存來說非常長(zhǎng)了。我們用的是Polling模型。過去采用多核共同處理一件事情，我們用lock/lock-free。其它就是關(guān)于硬件訪問，你采用訪問網(wǎng)卡或者硬盤都會(huì)把它交給操作系統(tǒng)。這些我們都避開了。

Run-to-completion，采用polling和recv，exec，send四步。采用這個(gè)模型基本上就避免了我們剛才所說得幾乎所有問題。我們要把VM的訪問，根據(jù)不同數(shù)據(jù)的位置放到不同的核上。避免核和核之間的交互。那么，coroutine(協(xié)程)能不能提升性能?答案是不能。調(diào)試?yán)щy，gdb不可用。Swapcontext開銷大(150萬次每秒)，需要改進(jìn)。我們目前的測(cè)算是每秒能測(cè)算150萬次的切換，這個(gè)對(duì)我們來說太慢了，我們自己來寫，但如果計(jì)算器的拷貝遺漏了不該遺漏的東西，后果很嚴(yán)重。

Stack-bypass是繞過操作系統(tǒng)訪問硬件的部分。首先紅色部分是操作系統(tǒng)的對(duì)站，通常無法繞開紅色部分對(duì)站，已經(jīng)有很成熟的方法已經(jīng)列出來了，可以讓你繞過這些東西，我們把這些東西徹底解決掉了。

另外，我們知道ceph，ceph我們目前看到的數(shù)據(jù)比較快，能夠跑出15萬IOPS。到了今天我們延遲已經(jīng)壓縮到300微秒以下。我們單個(gè)IO延遲是軟件對(duì)站里面延遲，目前是3微秒， NVME設(shè)備是90微秒。英特爾下一代的處理器延遲是10微秒，我們只需要3微秒完成它軟件層的處理。未來把這個(gè)壓縮到更低，有可能壓縮到2微秒。

雖然FusionStack是初創(chuàng)公司，但產(chǎn)品卻不是基于某個(gè)開源軟件改的。因?yàn)樵?007年的時(shí)候沒有任何東西可以用。其產(chǎn)品是一個(gè)分布式元數(shù)據(jù)的加工，是有元數(shù)據(jù)的。比較有意思是社區(qū)的開源版本軟件定義存儲(chǔ)絕大部分都是采用某種改進(jìn)的模型，沒有元數(shù)據(jù)。我們看到比較多的商業(yè)軟件帶元數(shù)據(jù)比較多一些。為什么有這個(gè)分歧，我們認(rèn)為在2007年前后Hadoop主導(dǎo)分布式的時(shí)候，大家對(duì)一些數(shù)據(jù)不滿意，紛紛設(shè)計(jì)新的模型。就FusionStack的角度來看，對(duì)于一個(gè)分布式塊存儲(chǔ)來說，分布式元數(shù)據(jù)足以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)需求，分布式元數(shù)據(jù)帶來一些好處，比如說本地化。

之前是邏輯布局，這是物理布局，物理布局與很多存儲(chǔ)廠商交流的時(shí)候，都說與傳統(tǒng)架構(gòu)有一致性，其實(shí)就是這樣。FusionStack的設(shè)計(jì)是介于分布式存儲(chǔ)和傳統(tǒng)存儲(chǔ)之間的模型。首先我們考慮的是保證你能夠滿足傳統(tǒng)存儲(chǔ)模型的一致性的性能，然后才是分布式問題。我們有一個(gè)微控制器，每一個(gè)卷會(huì)有一個(gè)控制器，因?yàn)樗锌刂破鞴芾淼脑獢?shù)據(jù)。這個(gè)控制器記錄了它的副本位置，我們的副本是分成1兆大小的塊，打散存放在集群中。每卷一個(gè)控制器，這個(gè)控制器的位置隨著你的虛擬機(jī)的遷移進(jìn)行遷移。

崔歡歡