【51CTO.com原創(chuàng)稿件】軟件定義基礎(chǔ)架構(gòu)，軟件定義存儲，軟件定義存儲。目前，用軟件定義超融合的方式替代專用服務(wù)器、專用網(wǎng)絡(luò)、專用存儲設(shè)備等傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，已經(jīng)成為了行業(yè)的熱點。英特爾系統(tǒng)架構(gòu)師朱海峰先生曾在某超融合大會上公開表示，未來的大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，將采用標準X86硬件構(gòu)建作為整個數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)，通過軟件廠商比較強的軟件定義能力來實現(xiàn)存儲、網(wǎng)絡(luò)和計算等功能，并通過各種軟件定義的解決方案來實現(xiàn)超融合。這也就意味著，軟件定義已經(jīng)成為行業(yè)的重點技術(shù)。

　　軟件定義的主要目的是減化部署流程，提高易用性，降低運維成本。當(dāng)然，最重要的是能夠發(fā)揮硬件的全部性能，合理分配利用硬件資源，節(jié)省硬件開支。

　　不過，軟件定義的超融合雖然有著諸多的優(yōu)勢，但對軟件開發(fā)商提出了非常高的要求，他們非但要精通各種語言、系統(tǒng)和架構(gòu)，還必須要熟悉硬件本身的性能，這樣才能夠保證開發(fā)出來的軟件能夠全部發(fā)揮硬件的性能。

　　關(guān)于軟件定義帶來的硬件性能的損失，比較典型的例子就是軟件定義存儲導(dǎo)致的磁盤性能的下降，這主要是在全閃存時代背景下，磁盤性能有了非常大的提升，如果在軟件定義的過程中還是按照傳統(tǒng)機械硬盤的性能還編寫系統(tǒng)，那就完全無法發(fā)揮閃存的性能。筆者在某超融合的大會上，就曾遇到過一家專門作軟件定義存儲解決方案的廠商，它們針對Flash時代開發(fā)出了裸金屬軟件定義存儲技術(shù)，非常好的解決了軟件定義存儲無法充分發(fā)揮全閃存硬件性能的問題。

　　這里，筆者與大家共同分享一下他們的解決方案和研發(fā)思路，希望對大家有所啟發(fā)。

　　我們知道，在Flash之前，存儲性能的發(fā)展是嚴重滯后于其它硬件性能的發(fā)展的，雖然大家通過各種方法來提高磁盤的存儲性能，但相較于其它硬件的發(fā)展，存儲的性能提升并不理想。在Flash時代，存儲硬件性能的問題迎刃而解。不過，很多廠商在替換全閃存陣列后，發(fā)現(xiàn)存儲的性能并沒有提高多少，這主要是軟件和系統(tǒng)出現(xiàn)了問題。

　　由于Linux標準的API并沒有提供高性能的場景設(shè)計，因此操作系統(tǒng)成為了影響系統(tǒng)整體性能的瓶頸，無論你在一個設(shè)備上插入多少硬件，調(diào)用多少資源，都會發(fā)現(xiàn)一個節(jié)點一二十萬iops就到了這些軟件定義存儲的上限了，這是因為Linux系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度，內(nèi)存管理，以及系統(tǒng)調(diào)用，都是非常緩慢，完全不適合Flash時代的需求。

　　如何解決這一問題呢，裸金屬軟件定義存儲技術(shù)是通過以下兩種方法解決的：

　　一是硬件訪問要繞過操作系統(tǒng)(stack-bypass);

　　二是軟件運行要繞過操作系統(tǒng)(os-bypass)。

　　對于硬件的訪問要繞過操作系統(tǒng)(stack-bypass)這種技術(shù)業(yè)內(nèi)已經(jīng)有相對比較成熟了，也比較容易實現(xiàn)。比如英特爾提供的DPDK/SPDK，Mellanox的RDMA，都不需要經(jīng)過操作系統(tǒng)就可以直接訪問硬件。但是，軟件運行繞過操作系統(tǒng)(os-bypass)的難度卻比較大。首先，要繞過操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理，直接訪問物理內(nèi)存，自己來實現(xiàn)內(nèi)存管理，這中間要考慮NUMA，染色等問題，工程量非常大。其次，任務(wù)調(diào)度也要考慮的非常清楚，過去解決高并發(fā)問題的時候大家就會采用多線程的機制，但是多線程一般在數(shù)百并發(fā)的時候會變得比較困難，通過引入了協(xié)程技術(shù)，把任務(wù)之間的協(xié)作來分配時間片，每個任務(wù)處理完之后自動放棄時間片，而不是操作系統(tǒng)讓他強制放棄時間片。另外，在事件處理上過去通過操作系統(tǒng)標準來實現(xiàn)，每個事件都跟時間有關(guān)，包括硬件系統(tǒng)的時鐘中斷。但是這個技術(shù)并不是非常的高效，在這方面可以采用polling技術(shù)，沒有時間延期的。

　　在多核同步上，目前 CPU的核數(shù)越來越多，過去編程的時候大家會采用生產(chǎn)者、消費者模型，用線程用來處理任務(wù)，但是到現(xiàn)在多核同步并不是一個非常高效的方案，這主要是因為NUMA和cachemiss問題，雖然說NUMA問題CPU解決的還可以，但是仍然不夠理想，這時可以采用run-complete模型，每個CPU的核從他接受到任務(wù)，到完成任務(wù)中間不再任何跳轉(zhuǎn)，避免隱性的CPU開銷。

　　通過以上的方案，能夠拿掉盡可能多的環(huán)節(jié)，包括進出Linux的網(wǎng)絡(luò)堆棧、Linux的存儲堆棧，這樣就能夠讓剩下的流程全是在硬件上運行的。最后，通過這些技術(shù)的運用，能夠讓存儲的性能與硬件性能幾乎完全一致，不帶來硬件性能的任何衰減。

　　以上，是某廠商針對全閃存時代在軟件定義過程中出現(xiàn)的影響硬件性能的解決方案，筆者分享給大家，希望提供一些參考。

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