当前随着新技术不断涌现以及线下业务向线上“大迁徙”,公有云市场迎来高速发展,但同时公有云平台“囤积”的数据量急剧增长,如何“存好”、“用好”海量数据成为公有云业务发展的重要议题。浪潮新一代ZNS(Zoned Namespace,分区命名空间) SSD闪存盘基于业界领先的分区存储技术,能够将单盘性能最高提升210%,成为公有云业务的加速器。

公有云市场高速发展,中国增速领跑全球

随着新技术不断涌现以及线下业务向线上“大迁徙”,全球及中国公有云市场正在高速发展,根据IDC公布的《2020年全球及中国公有云服务市场跟踪报告》,2020年全球公有云服务整体市场规模达到3124.2亿美元,同比增长24%,中国公有云服务整体市场规模达到193.8亿美元,同比增长50%,在全球各区域中增速最高。

公有云业务的高速发展,势必会带动存储、服务器、网络等底层IaaS基础设施的市场需求,数据显示2020年中国IaaS市场规模同比增长54%。越来越多的公有云用户意识到,他们处理数据的效率、方式将直接转化为业务的增长,公有云业务对数据实时性的需求日益迫切,IDC调研显示2020年实时数据在全球数据圈占比达到20%,这一数字到2023年将达到25%。NVMe SSD闪存盘作为一种延时低、高吞吐、低功耗的存储介质被广泛应用公有云存储业务中。

云存储发展呈现业务多元化、数据规模化、性能高速化趋势,对底层硬件和系统软件架构有了更高的要求。举例来看,某家公有云厂商的主要业务是备份、日志存储、小型关系数据库与对数据可靠性有一定要求的开发测试场景,NoSQL数据库、中大型关系数据库、高性能数据库、Elastic Search搜索等IO密集型应用,以及Hadoop离线数据分析等大文件顺序读写场景,面对如此复杂海量的业务,底层存储介质和系统软件架构,已经成为整个存储集群的性能瓶颈,无法满足现有的业务发展需求。

公有云场景涵盖大量“性能密集型”业务

公有云场景涵盖大量“性能密集型”业务

公有云业务的爆发增长对业务性能提出了更加苛刻的要求,产生了对高IOPS、低读写延时、高寿命,同时保证产品可靠性的存储介质需求,在满足这些客户基本业务场景需求基础上,NVMeSSD成本也需要进一步降低。

浪潮闪存盘:与用户态软件栈深度融合,盘活公有云数据

为了满足公有云业务对于高性能数据存储和成本的需求,浪潮存储联合云厂商对原有集群系统软、硬件架构进行全面升级。浪潮自研ZNS SSD闪存盘与基于SPDK(Storage PerformanceDevelopment Kit,存储性能开发工具包)的主机端软件生态深度融合,实现ZNS SSD与主机端的Zone FTL(FlashTranslation Layer,闪存转换层)二者协同下发数据,共同为公有云应用提供分区存储能力,提升公有云用户数据访问体验。

浪潮新一代ZNS SSD适配公有云块存储场景

浪潮新一代ZNS SSD适配公有云块存储场景

其一面向公有云的不同应用场景,让每个分区像“乐高积木”一样进行灵活组合、映射。

浪潮新一代ZNS SSD闪存盘内部可以根据不同的应用场景将不同的Zone与不同的物理位置进行映射。如下图所示,浪潮当前采用config.B架构,Zone分区大小约为1.5G, 单个Zone写带宽达到1700MB/s,两个Zone同时写入总带宽可以达到3400MB/s。浪潮ZNS SSD可以灵活采用config.A或者config.B架构,其中config.A中单Zone写入带宽可以达到满带宽,config.B既保证了一定的单Zone写入带宽也可以满足多Zone写入QoS需求。

浪潮ZNS SSD可灵活采用config.A或者config.B架构

浪潮ZNS SSD可灵活采用config.A或者config.B架构

其二,浪潮闪存盘实现小范围随机写和大容量顺序写“通吃”,提高数据访问效率。

浪潮新一代ZNSSSD闪存盘既支持Zone分区小范围随机写又支持大容量Zone应用。在随机写业务中,浪潮ZNS SSD降低了业务层随机转顺序的复杂度,提升了SSD易用性。Zone Append技术打破“写QD=1”的限制,提升写并发度以及随机性,充分发挥ZNS性能优势。此外浪潮ZNS SSD还有利于大容量Zone的应用,通过降低Write pointer敏感度,从而避免了写异常情况的出现。

浪潮ZNS SSD对Write和Append进行优化

浪潮ZNS SSD对Write和Append进行优化
(QD1 write@4k带宽<180M/s,QD4 append @4k> 800M/s,QD1 write@128k带宽 1100MB/s,QD4 append@128k带宽>1700MB/s)

浪潮存储研发团队联合云厂商面向公有云场景完成SPDK与ZNS SSD适配,打通了SPDK19.10与ZNS SSD盘通路,实现SPDK对ZNS协议的支持。同时还完成SPDK20.10的I/O适配与业务适配,保证了SPDK运行中的产品稳定度,12盘位在极限压力下可以长稳运行7天以上,并确保热插拔、上下电长期测试等指标达标。

测试结果显示,浪潮新一代ZNS SSD(容量8T)在多流顺序写方面优势明显,ZNS盘持续写入性能稳定,且性能优于容量6.4T标准SSD 2.5倍以上。

浪潮新一代ZNS SSD适配公有云块存储场景

浪潮新一代ZNS SSD适配公有云块存储场景

给公有云用户一款“跑得快、用得省、买得起”的闪存盘

与标准盘相比,浪潮存储通过ZNS SSD闪存盘与用户端态软件栈的融合协同,能够为公有云用户带来几大好处。

其一,性能大幅提升,随机写性能由250K提升至775K,性能提升210%,多流顺序写优于标盘2.5倍以上;

其二,实现闪存盘容量利用率最大化,以接近于1的WAF(Write Amplification,写放大)基本上消灭了GC(Garbage Collection,垃圾回收)和OP(Over provisioning,预留空间)空间,ZNS SSD的物理容量即是用户可用容量。

同时浪潮存储提升了闪存盘在公有云场景中的使用寿命,使得DWPD(Drive Writes Per Day,驱动器日写入量)从标准盘的3.1提升至6.8(5年),闪存盘寿命大幅提升。

在满足公有云业务负载的同时,浪潮ZNS SSD能够将总体拥有成本(TCO)降低37%,相比标盘,每GB成本降低39%以上,为公有云用户带来了可观的经济效益。

未来云、人工智能、物联网等技术加速发展,中国公有云业务仍将保持高速增长态势,预计到2024年中国公有云在全球市场的占比将从2020年的6.5%提升为10.5%。浪潮存储基于“云存智用 运筹新数据”理念,持续推进SSD在统一存储、分布式存储中的应用,包括在统一存储中将自研SSD与盘控一体化技术深度融合,在分布式存储中深入整合ZNS分区命名空间、KV(Key-Value)键值等前沿技术,实现上下层软件全线打通适配,让整机更懂SSD、让SSD更适配方案,释放数据价值加速数字化转型。

作者:浪潮存储产品经理  宗岗岗、SSD资深架构师 赵宝林

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