概述
云計(jì)算和基于容器的應(yīng)用是推動(dòng)當(dāng)今IT領(lǐng)域產(chǎn)生重大變革的兩大趨勢(shì)。與其他技術(shù)和方法相比,，二者都能夠以更高的靈活性和更低的成本去運(yùn)行和操作應(yīng)用,，因此日益受到歡迎。然而,，在所有新的機(jī)遇面前,，要實(shí)現(xiàn)潛在優(yōu)勢(shì)也都會(huì)有巨大的挑戰(zhàn)。
層出不窮的新技術(shù)通常會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生漸進(jìn)式的影響,。但是,，以云計(jì)算作為運(yùn)行模式，結(jié)合管理云原生應(yīng)用的Kubernetes——這一做法已經(jīng)改變了信息技術(shù)的交付,、管理和使用方式,。
此外，為支持這些環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要選擇計(jì)算,、網(wǎng)絡(luò),，尤其是存儲(chǔ)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具備高度可擴(kuò)展的容量和性能,，而無(wú)需采用傳統(tǒng)管理方式,。Kubernetes提供機(jī)制,，幫助應(yīng)用以透明的方式利用多種計(jì)算和存儲(chǔ)資源。但是,，要確保應(yīng)用對(duì)持久數(shù)據(jù)的訪問(wèn),，需要底層存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)具有彈性，同時(shí)還能滿足成千上萬(wàn)個(gè)應(yīng)用的容量和性能需求,。
在此背景下,，Evaluator Group獲邀對(duì)適合云原生應(yīng)用環(huán)境的兩種存儲(chǔ)系統(tǒng)展開(kāi)對(duì)比,。
● Ceph：云原生環(huán)境中常用的開(kāi)源軟件定義存儲(chǔ)
● Lightbits云數(shù)據(jù)平臺(tái)：專為云環(huán)境設(shè)計(jì)的軟件定義存儲(chǔ)
如下所示,，在使用相同硬件和存儲(chǔ)介質(zhì)的情況下，Lightbits在所有工作負(fù)載測(cè)試中,，實(shí)現(xiàn)的性能均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Ceph,。表1匯總顯示了使用QLC介質(zhì)的NVMe固態(tài)硬盤(pán)（SSD）的測(cè)試結(jié)果。該測(cè)試使用在OpenShift Kubernetes環(huán)境中作為容器運(yùn)行的工作負(fù)載來(lái)進(jìn)行,。
表1：在容器環(huán)境中使用QLC介質(zhì)時(shí)的Lightbits與Ceph I/O速率比較,。（來(lái)源：Evaluator Group）
本文的其余部分將更深入地探討二者的技術(shù)和性能差異，以及使用NVMe SSD與TLC介質(zhì)時(shí)的性能數(shù)據(jù),。
新興技術(shù)
如前所述,，多個(gè)趨勢(shì)正在推動(dòng)IT領(lǐng)域發(fā)生重大變化；其中,，利用公共云等服務(wù)的趨勢(shì)正在改變IT運(yùn)行的地點(diǎn)和付費(fèi)方式,，影響了應(yīng)用程序的運(yùn)行方式。云原生應(yīng)用程序（CNA）的推行正在改變應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和管理方式,，這在一定程度上得益于企業(yè)向服務(wù)和云端遷移的趨勢(shì),。此外，可通過(guò)Fabric去訪問(wèn)NVMe存儲(chǔ)的新技術(shù),，以及新的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn),，使得那些能夠利用這些功能的系統(tǒng)擁有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。
云原生應(yīng)用程序
基于容器的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)旨在運(yùn)行于云環(huán)境,，包括本地云和公共云,。云原生應(yīng)用程序被設(shè)計(jì)為可獨(dú)立擴(kuò)展的服務(wù)，又稱為微服務(wù),。借助微服務(wù)架構(gòu),，CNA能夠在少量或甚至無(wú)需管理介入的情況下，按需擴(kuò)展應(yīng)用程序的各個(gè)部分,。
此外,，CNA部署在一個(gè)位置后，可以根據(jù)可用資源甚至根據(jù)資源的價(jià)格而移動(dòng)到其他位置,。另外,，許多此類應(yīng)用程序所需的持久性存儲(chǔ)也必須動(dòng)態(tài)響應(yīng)不斷變化的容量和性能需求。
NVMe over Fabrics協(xié)議
非易失性存儲(chǔ)主機(jī)控制器接口規(guī)范（NVMe）是一個(gè)支持固態(tài)硬盤(pán)（SSD）去使用高速PCIe總線進(jìn)行通信的接口，以實(shí)現(xiàn)對(duì)固態(tài)設(shè)備的低時(shí)延訪問(wèn),。與SCSI或SATA設(shè)備相比,，NVMe支持?jǐn)?shù)十億條命令，顯著減少了延遲或時(shí)延,。為了兼容與外部設(shè)備的通信,，NVMe over Fabrics擴(kuò)展了NVMe協(xié)議，支持通過(guò)Fabric去訪問(wèn)NVMe,。
NVMe over Fabric訪問(wèn)的最新選擇之一是使用TCP傳輸協(xié)議,，即NVMe/TCP。實(shí)施這項(xiàng)協(xié)議的技術(shù)負(fù)擔(dān)可顯著減少,，無(wú)需任何特定的硬件或交換機(jī)設(shè)置即可支持商用以太網(wǎng),。總體而言,，與TCP上的其他存儲(chǔ)協(xié)議相比,，在仍然使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，NVMe over TCP具有更低的時(shí)延和更高的吞吐量,。
持久性存儲(chǔ)
持久性存儲(chǔ)（PMem）兼具存儲(chǔ)特性（特別是無(wú)需能耗即可保留或“持久保存”數(shù)據(jù)的能力）,，以及內(nèi)存總線訪問(wèn)特性（例如極低的時(shí)延和字節(jié)尋址能力）。持久性存儲(chǔ)有兩種主要類型,，分別是NVDIMM和英特爾傲騰持久性存儲(chǔ)（Optane Persistent Memory）,。NVDIMM和傲騰PMem之間的主要區(qū)別在于存儲(chǔ)密度和成本，其中,，與NVDIMM設(shè)備相比,，英特爾傲騰PMem持久性存儲(chǔ)在這兩個(gè)方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)。
英特爾PMem既可用于“應(yīng)用程序直接訪問(wèn)模式”,，也可用于“內(nèi)存模式”,。前者需要修改應(yīng)用程序，后者以低于DRAM的成本,、透明地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)內(nèi)存容量,。Lightbits在App Direct模式下使用PMem作為非易失性寫(xiě)入緩沖區(qū)，將寫(xiě)入和元數(shù)據(jù)訪問(wèn)直接定向至PMem,，減少了備份介質(zhì)的磨損,，改善了系統(tǒng)寫(xiě)入性能。
解決方案概述
過(guò)去幾十年里,，使用商用硬件,、以“軟件或軟件定義存儲(chǔ)（SDS）”的形式運(yùn)行的存儲(chǔ)系統(tǒng)日益受到追捧。這種方法之所以引人入勝,，是因?yàn)樗軌蛟诓豢墒褂脤Ｓ没驅(qū)Ｓ杏布沫h(huán)境中運(yùn)行彈性的數(shù)據(jù)中心級(jí)存儲(chǔ),。此外,，其靈活性有利于在不同的環(huán)境和部署規(guī)模中使用相同的SDS堆棧。如前所述,，我們的評(píng)估中就使用兩種不同的SDS選項(xiàng),，為容器應(yīng)用提供持久存儲(chǔ)。隨后將概述它們的功能,。采用英特爾技術(shù)的Lightbits解決方案如圖1所示,。
圖1：用于Lightbits軟件定義存儲(chǔ)的英特爾平臺(tái)（來(lái)源：英特爾）
英特爾
英特爾為當(dāng)今許多領(lǐng)先的服務(wù)器和存儲(chǔ)解決方案提供基礎(chǔ)平臺(tái)組件。這些組件包括英特爾至強(qiáng)處理器,、英特爾網(wǎng)絡(luò)適配器和英特爾傲騰,？技術(shù)等，其中,，英特爾傲騰,？可作為NVMe固態(tài)硬盤(pán),，或內(nèi)存形式的傲騰持久性存儲(chǔ)（PMem）設(shè)備提供,。此外，具有應(yīng)用設(shè)備隊(duì)列（ADQ）的英特爾Ethernet 800系列提供了高性能,、低時(shí)延的NVMe/TCP網(wǎng)絡(luò)接口卡,。
Lightbits云數(shù)據(jù)平臺(tái)
Lightbits云數(shù)據(jù)平臺(tái)是一種軟件定義存儲(chǔ)，旨在運(yùn)用最新的技術(shù),，包括NAND閃存和英特爾傲騰持久性存儲(chǔ)（PMem）,；它使用高速100GbE網(wǎng)絡(luò)接口卡，支持NVMe over TCP,。Lightbits使用分布式架構(gòu),，能夠按需獨(dú)立擴(kuò)展CPU、內(nèi)存,、PMem或NVMe設(shè)備,。因此，Lightbits能夠提供可擴(kuò)展的企業(yè)級(jí)存儲(chǔ),，性能優(yōu)于本地NVMe設(shè)備,。
Lightbits智能閃存管理解決方案Intelligent Flash Management ?（IFM）支持最大限度地提高SSD性能和延長(zhǎng)其耐用性。其主要特性包括寫(xiě)條帶化,、無(wú)IOP元數(shù)據(jù)訪問(wèn),、智能垃圾收集、追加寫(xiě)策略和并行讀/寫(xiě)通道,。
通過(guò)將英特爾的高性能硬件平臺(tái)與Lightbits方案進(jìn)行耦合,，可提供可擴(kuò)展的解決方案，降低總體擁有成本（TCO）,。Lightbits解決方案特別采用了以下技術(shù)：
● 英特爾?至強(qiáng)?理器系統(tǒng)
o 高性能CPU,、內(nèi)存,、I/O和PCIe Gen4
o 使用高性能CPU架構(gòu)的高效存儲(chǔ)軟件
o 企業(yè)級(jí)SSD熱插拔和LED支持NVMe介質(zhì)
● 英特爾傲騰持久性存儲(chǔ)（PMem）
o 低時(shí)延、非易失性寫(xiě)緩沖區(qū)和元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
o 無(wú)需電池或電容器即可維持持久性
o 大容量持久性存儲(chǔ),， 總擁有成本低于其他替代方案
● 英特爾 Ethernet 800系列網(wǎng)絡(luò)適配器
o 提供應(yīng)用設(shè)備隊(duì)列（ADQ）
o 高性能應(yīng)用設(shè)備隊(duì)列
o 低時(shí)延NVMe/TCP,，無(wú)需使用定制的驅(qū)動(dòng)程序
通過(guò)Kubernetes容器存儲(chǔ)接口（CSI），Kubernetes管理的容器可以作為持久卷（PV）訪問(wèn)Lightbits存儲(chǔ),。Lightbits CSI插件使Kubernetes能夠使用其“Elastic RAID”在Lightbits集群中存儲(chǔ)持久卷（PV）,，該“Elastic RAID”提供糾刪碼保護(hù)，防止每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)丟失,。其他Lightbits服務(wù)包括壓縮,、復(fù)制、卷快照,、克隆和用于多租戶環(huán)境中的基于角色的訪問(wèn)控制（RBAC）,。
Ceph
Ceph是一款開(kāi)源的軟件定義存儲(chǔ)產(chǎn)品，帶有多個(gè)不同的接口,，可作為塊設(shè)備,、文件系統(tǒng)和目標(biāo)存儲(chǔ)進(jìn)行訪問(wèn)。設(shè)計(jì)Ceph時(shí),，采用旋轉(zhuǎn)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器作為主要的存儲(chǔ)介質(zhì),，基于NAND的SSD在大多數(shù)主流存儲(chǔ)系統(tǒng)中不發(fā)揮作用。
自Ceph設(shè)計(jì)以來(lái)的15年間,，各種外形規(guī)格的固態(tài)閃存已成為高性能存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要介質(zhì),。但Ceph初始設(shè)計(jì)中旨在提高旋轉(zhuǎn)物理介質(zhì)性能的許多元素仍得以保留。最近,，更新后的Ceph已經(jīng)可以使用固態(tài)的“BlueStore”和“RocksDB”進(jìn)行元數(shù)據(jù)操作,。迄今為止，Ceph還沒(méi)有針對(duì)持久性存儲(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化,，也不支持NVMe over fabrics或NVMe over TCP,。
我們?cè)跍y(cè)試中使用Ceph的開(kāi)源版本，詳見(jiàn)附錄,。
存儲(chǔ)效率
與一些軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)相比,，Lightbits的彈性設(shè)計(jì)擁有更多優(yōu)勢(shì)。Lightbits針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用糾刪碼保護(hù),，確保在丟失存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)的數(shù)據(jù)可用性,；此外，節(jié)點(diǎn)之間可進(jìn)行復(fù)制,，因此,，Lightbits能夠在減少開(kāi)銷和存儲(chǔ)容量浪費(fèi)的同時(shí)，提供 更大的彈性,。在測(cè)試期間,，Lightbits的配置是：在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上使用糾刪碼來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù),，同時(shí)在Lightbits集群中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上額外制作一份數(shù)據(jù)拷貝。
與此相反,，Ceph的配置是：創(chuàng)建三個(gè)數(shù)據(jù)副本來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù),，此時(shí)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器和另一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障斷電,，則無(wú)法確保數(shù)據(jù)可用性,。盡管這兩種保護(hù)方法的存儲(chǔ)效率相似，但Lightbits方法的可用性更高,。
不同容器工作負(fù)載下的性能
Evaluator Group需對(duì)Kubernetes應(yīng)用環(huán)境中作為容器運(yùn)行的兩種不同的存儲(chǔ)產(chǎn)品進(jìn)行分析,。我們對(duì)Lightbits軟件定義存儲(chǔ)與面向容器的開(kāi)源軟件定義存儲(chǔ)產(chǎn)品Ceph進(jìn)行了比較。測(cè)試環(huán)境由12個(gè)Kubernetes節(jié)點(diǎn)組成,，在專用的3節(jié)點(diǎn)Lightbits集群或3節(jié)點(diǎn)Ceph集群中運(yùn)行容器工作負(fù)載,。容器應(yīng)用測(cè)試圖表和其他細(xì)節(jié)、硬件,、軟件和其他方面的詳細(xì)信息,，請(qǐng)參見(jiàn)附錄描述。
測(cè)量存儲(chǔ)性能時(shí),，使用眾所周知的“vdbench”工具創(chuàng)建工作負(fù)載,，每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用8個(gè)運(yùn)行vdbench的容器實(shí)例，總共96個(gè)vdbench實(shí)例,。
測(cè)試包括性能敏感型應(yīng)用中常見(jiàn)的5種不同的訪問(wèn)模式和塊大小：
● 4KB,，100%讀取,，100%隨機(jī)訪問(wèn)
● 4KB，100%寫(xiě)入,，100%隨機(jī)訪問(wèn)
● 8KB,，80%讀取/20%寫(xiě)入，80%隨機(jī)訪問(wèn)
● 16KB,，70%讀取/30%寫(xiě)入,，80%隨機(jī)訪問(wèn)
● 32KB，50%讀取/50%寫(xiě)入,，80%隨機(jī)訪問(wèn)
這些工作負(fù)載用于比較Lightbits與Ceph的性能,，使用QLC固態(tài)介質(zhì)作為主要存儲(chǔ)介質(zhì)，并根據(jù)每個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)使用適當(dāng)?shù)母咚俪志媒橘|(zhì),。在所有情況下,，分別多次運(yùn)行5個(gè)工作負(fù)載，獲得可用于比較的平均結(jié)果,。有關(guān)Lightbits和Ceph配置的具體細(xì)節(jié),，請(qǐng)參見(jiàn)附錄,。
Evaluator Group評(píng)論：測(cè)試結(jié)果顯示，使用Lightbits具有巨大的性能優(yōu)勢(shì),，其中,，4KB寫(xiě)入工作負(fù)載的性能是Ceph的16倍?？紤]到在所有比較中,，底層介質(zhì)的數(shù)量和類型是相同的，這種優(yōu)勢(shì)尤為明顯,。
圖2：Ceph與Lightbits吞吐量比較（來(lái)源：Evaluator Group）
圖2顯示了使用QLC介質(zhì)時(shí),，Lightbits和Ceph在5種不同訪問(wèn)模式下的吞吐量結(jié)果。吞吐量結(jié)果是直接可比較的,，因?yàn)樗鼈兛紤]了數(shù)據(jù)塊大小的差異,，因此將其全部顯示在一起。
性能詳情
I/O速率（以每秒I/O傳輸次數(shù)或IOPs衡量）是小數(shù)據(jù)塊工作負(fù)載的常用指標(biāo),，但不利于對(duì)比不同的數(shù)據(jù)塊大小,。如下方圖3所示，對(duì)典型應(yīng)用大小——8KB,、16KB和32 KB進(jìn)行比較,，繪制I/O速率，以每秒I/O傳輸次數(shù)衡量,。在32KB時(shí),，Lightbits的優(yōu)勢(shì)是5.7倍，在16KB時(shí),，優(yōu)勢(shì)是10.4倍,，在8K工作負(fù)載時(shí)，Lightbits的性能超過(guò)Ceph 12倍,。
圖3：使用QLC介質(zhì)時(shí)Lightbits與Ceph的性能對(duì)比–不同數(shù)據(jù)塊大小的吞吐量（來(lái)源：Evaluator Group）
上文顯示的三種工作負(fù)載是數(shù)據(jù)庫(kù)或其他事務(wù)應(yīng)用程序中的常見(jiàn)負(fù)載,。盡管許多數(shù)據(jù)庫(kù)嘗試執(zhí)行16K或32K大小的I/O，但在許多情況下,，如果更改較小或事務(wù)率較高,，它們傾向于使用較小數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)庫(kù)將執(zhí)行8K甚至4K事務(wù),，而非等待合并幾個(gè)較小的I/O,。
以下顯示Ceph和Lightbits使用兩種不同類型的存儲(chǔ)介質(zhì)，即QLC和TLC介質(zhì)時(shí),，4KB讀取操作的I/O速率比較,。
圖4：使用QLC和TLC介質(zhì)時(shí)，Ceph與Lightbits的4KB讀取I/O速率比較（來(lái)源：Evaluator Group）
雖然會(huì)發(fā)生4KB讀取操作,，但4KB寫(xiě)入操作更經(jīng)常用于數(shù)據(jù)庫(kù)日志記錄操作,。使用QLC介質(zhì)時(shí),，Lightbits的性能比Ceph高出近17倍，使用TLC介質(zhì)時(shí),，性能比Ceph高出近7倍,，如下圖5所示。
圖5：使用QLC和TLC介質(zhì)時(shí),，Ceph與Lightbits的4KB寫(xiě)入I/O速率比較（來(lái)源：Evaluator Group）
Evaluator Group評(píng)論： 數(shù)據(jù)庫(kù)和其他事務(wù)應(yīng)用程序依賴于低時(shí)延存儲(chǔ),，尤其是事務(wù)日志，后者必須在事務(wù)完成前寫(xiě)入持久介質(zhì),。日志大多通過(guò)4K I/O操作寫(xiě)入,，在此工作負(fù)載下，Lightbits顯示出比Ceph更大的優(yōu)勢(shì)：使用TLC介質(zhì)時(shí),，優(yōu)勢(shì)高出近7倍,，使用QLC時(shí)，優(yōu)勢(shì)高出近17倍,。
其他性能數(shù)據(jù)
下文為性能結(jié)果概述,，其中指出三個(gè)主要指標(biāo)，包括吞吐量,、I/O速率以及時(shí)延,。Lightbits相對(duì)于Ceph的性能優(yōu)勢(shì)極其顯著，因此用“x”倍數(shù)來(lái)體現(xiàn)這種優(yōu)勢(shì),。使用簡(jiǎn)單的除法（即515,697 / 30,728 = 16.78 x）來(lái)顯示Lightbits性能優(yōu)勢(shì)倍數(shù),。要點(diǎn)如下：
● 在所有五個(gè)工作負(fù)載下的測(cè)試結(jié)果表明，Lightbits具有4到16倍的優(yōu)勢(shì)
● 數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)常使用對(duì)時(shí)延高度敏感的小塊寫(xiě)入日志或日記
● 在4KB寫(xiě)入下,，Lightbits的性能優(yōu)勢(shì)為16.78倍,，優(yōu)勢(shì)顯著
表3：Lightbits與Ceph性能比較（來(lái)源：Evaluator Group）
關(guān)于測(cè)試，還有一點(diǎn)值得留意,，即在使用QLC介質(zhì)時(shí)，Ceph的時(shí)延高于大多數(shù)工作負(fù)載可接受的水平,。這是因?yàn)?，我們?cè)谒袦y(cè)試中使用相同的隊(duì)列深度設(shè)置，確保比較結(jié)果的公平公正,。如果工作負(fù)載針對(duì)Ceph QLC進(jìn)行了優(yōu)化,，將使用較低的隊(duì)列深度設(shè)置，從而降低I/O速率,，同時(shí)減小時(shí)延,。如果以這種方式進(jìn)行測(cè)試，Ceph的時(shí)延水平更易于接受,，但性能會(huì)顯著降低,，從而放大Lightbits的優(yōu)勢(shì),。
最終結(jié)論
性能始終是IT基礎(chǔ)設(shè)施的重要考慮因素，尤其是在運(yùn)行云環(huán)境或托管云原生應(yīng)用程序時(shí),。盡管并非每個(gè)應(yīng)用或微服務(wù)都需要高I/O速率,，但如要運(yùn)行現(xiàn)代云基礎(chǔ)設(shè)施，提供具有高I/O速率和低時(shí)延的彈性,、可擴(kuò)展存儲(chǔ)至關(guān)重要,。
Evaluator Group評(píng)論：在使用相同硬件配置的情況下，Lightbits的性能顯著優(yōu)于Ceph,，彈性也更高,。Lightbits針對(duì)英特爾的高性能技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為支持云的Kubernetes環(huán)境提供了強(qiáng)大的存儲(chǔ)平臺(tái),。
近期技術(shù)進(jìn)展層出不窮,，助力IT用戶去大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)高效地運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)設(shè)施,。當(dāng)與英特爾傲騰持久性存儲(chǔ)結(jié)合使用時(shí),，QLC等新型存儲(chǔ)介質(zhì)可以為要求不高的工作負(fù)載支持海量存儲(chǔ)容量，并提供良好的性能,。包括新處理器和端到端NVMe在內(nèi)的其他技術(shù)也可以提供性能和成本優(yōu)勢(shì),。
英特爾的專有技術(shù)，如Xeon CPU,、支持NVMe over TCP的英特爾網(wǎng)卡,，以及傲騰持久性存儲(chǔ)和高密度NVMe SSD，為軟件定義產(chǎn)品提供了強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ),。由于高效利用了英特爾CPU,、網(wǎng)絡(luò)接口和持久存儲(chǔ)介質(zhì)，Lightbits存儲(chǔ)可提供本地NVMe級(jí)別的性能,，從而持續(xù)確保低時(shí)延和數(shù)據(jù)服務(wù),。
本文中所示的性能測(cè)試使用了IT環(huán)境和應(yīng)用中常見(jiàn)的工具和工作負(fù)載。附錄提供了進(jìn)一步的詳細(xì)信息,，如希望進(jìn)一步了解測(cè)試,，或希望使用自己的硬件配置重復(fù)這些測(cè)試，可參考附錄,。
Evaluator Group評(píng)論：借助存儲(chǔ)專業(yè)人員熟知的測(cè)試工具和工作負(fù)載,，我們認(rèn)為，Lightbits可以提升現(xiàn)代應(yīng)用程序的性能,。Lightbits可以通過(guò)QLC介質(zhì)和傲騰PMem,，支持時(shí)延敏感型應(yīng)用，而Ceph在明顯具有更高延遲的情況下只能提供很低的I/O速率。
利用持久性存儲(chǔ)和端到端NVMe等新技術(shù),，Lightbits即可提供比Ceph更優(yōu)異的性能,，且彈性更高。顯而易見(jiàn),，Lightbits的性能是Ceph的16倍,，時(shí)延更低，是適合現(xiàn)代應(yīng)用和云環(huán)境的更佳選擇,。
附錄
測(cè)試環(huán)境詳情
測(cè)試環(huán)境利用以下硬件,、軟件和應(yīng)用工作負(fù)載項(xiàng)目。
測(cè)試持續(xù)4個(gè)月,，從2021年9月起至12月止,。
硬件和基礎(chǔ)設(shè)施
● 關(guān)于測(cè)試配置的概述，請(qǐng)參見(jiàn)下方圖6
o 在裸機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用集群,，由12個(gè)Kubernetes“worker”節(jié)點(diǎn)組成
o 3節(jié)點(diǎn)管理集群/作為虛擬機(jī)運(yùn)行的Kubernetes“master”節(jié)點(diǎn)
o 運(yùn)行軟件定義存儲(chǔ)堆棧的3節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)集群
● 應(yīng)用環(huán)境和編排使用OpenShift 4.6版
圖6：OpenShift訪問(wèn)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)載測(cè)試設(shè)置（來(lái)源：Evaluator Group）
軟件環(huán)境
● 使用Red Hat OpenShift 4.6版作為3個(gè)管理節(jié)點(diǎn)和12個(gè)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)
o 12個(gè)應(yīng)用（OpenShift“worker”）節(jié)點(diǎn)直接運(yùn)行于硬件上,，因此稱為“裸機(jī)”
o 3個(gè)管理（OpenShift“master”）節(jié)點(diǎn)作為虛擬機(jī)運(yùn)行，但作為“裸機(jī)”安裝
● CentOS 8.4版是3個(gè)Ceph節(jié)點(diǎn)使用的基礎(chǔ)操作系統(tǒng)
● Ceph SDS堆棧使用開(kāi)源Ceph 16.2.6版（又名“Pacific”）
● VMware 7.0;3臺(tái)虛擬機(jī)使用ESXi及vCenter
SUT配置
● 一個(gè)12節(jié)點(diǎn)應(yīng)用集群,，運(yùn)行Red Hat OpenShift
o 應(yīng)用/工作節(jié)點(diǎn)配置：
雙插槽第一代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展系統(tǒng)（Intel Xeon Platinum 8173M）
96 GB內(nèi)存（12個(gè)8 GB DIMM）
英特爾XXV710-DA2網(wǎng)卡,，每臺(tái)主機(jī)帶2個(gè)25 Gb/s連接
● 兩個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)連接到OpenShift應(yīng)用集群
o SDS #1，Ceph配置：
雙插槽第三代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展系統(tǒng)（Intel Xeon Gold 6338）
256 GB內(nèi)存（16個(gè)16 GB DIMM）
2 TB的英特爾傲騰PMem（配置為WAL和Cache設(shè)備）
英特爾E810-CQDA2網(wǎng)卡,，每臺(tái)主機(jī)帶1個(gè)100 Gb/s連接
8個(gè)英特爾NVMe存儲(chǔ)介質(zhì),，可選擇
● QLC SSD介質(zhì)：英特爾SSD D5-P5316 @ 15.36 TB
● TLC SSD介質(zhì)：英特爾SSD D7-P5510 @ 3.84 TB
o SDS #2，Lightbits配置：
雙插槽第三代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展系統(tǒng)（Intel Xeon Gold 6338）
256b GB內(nèi)存（16個(gè)16 GB DIMM）
2 TB英特爾傲騰持久性存儲(chǔ)Persistent Memory 200（配置為L(zhǎng)ightbits寫(xiě)入緩沖區(qū)）
英特爾E810-CQDA2網(wǎng)卡,，每臺(tái)主機(jī)帶1個(gè)100 Gb/s連接
8臺(tái)英特爾NVMe存儲(chǔ)設(shè)備,，可選擇：
● QLC SSD介質(zhì)：英特爾SSD D5-P5316 @ 15.36 TB
● TLC SSD介質(zhì)：英特爾SSD D7-P5510 @ 3.84 TB
客戶端配置–基礎(chǔ)設(shè)施
● 使用運(yùn)行VMware ESXi的單一英特爾系統(tǒng)來(lái)支持基礎(chǔ)設(shè)施
o 3臺(tái)虛擬機(jī)用作OpenShift“master”節(jié)點(diǎn)
o 運(yùn)行Microsoft Server 2019的“jump”主機(jī)，用于遠(yuǎn)程訪問(wèn)基礎(chǔ)設(shè)施
SDS存儲(chǔ)配置
Ceph配置
備注：Ceph沒(méi)有“默認(rèn)”配置,，由于硬件的可用性和其他配置參數(shù),，每次安裝都可能不同。有關(guān)配置,，請(qǐng)參見(jiàn)下文：
● 使用“CentOS 8.4版”作為所有三個(gè)節(jié)點(diǎn)的主機(jī)操作系統(tǒng)
● 按照上述定義配置硬件,，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置8個(gè)NVMe設(shè)備
● 下載后，在全部3個(gè)節(jié)點(diǎn)上配置Ceph“Pacific”
o 將2 TB的PMem分成兩個(gè)分區(qū),，一個(gè)用于WAL,，另一個(gè)用于RocksDB
o 每個(gè)NVMe SSD配置為6個(gè)邏輯OSD（每臺(tái)設(shè)備設(shè)置6個(gè)OSD）
● Ceph設(shè)備配置
o 每臺(tái)主機(jī)有8個(gè)SSD，分別被劃分為6個(gè)區(qū)域
o 在8個(gè)物理SSD上使用6個(gè)分區(qū),，每個(gè)系統(tǒng)總共有6 * 8 = 48個(gè)OSD
o Ceph配置了駐留在Optane PMem上的WAL
● 默認(rèn)資源設(shè)置：
o CPU設(shè)置為每個(gè)OSD 1個(gè)CPU，內(nèi)存設(shè)置為每個(gè)設(shè)備4 GB
Lightbits配置
備注：Lightbits沒(méi)有“默認(rèn)”配置,。Lightbits和英特爾工程部門(mén)為L(zhǎng)ightbits執(zhí)行了所有的設(shè)置操作,。有關(guān)配置，請(qǐng)參見(jiàn)下文：
● 使用“Lightbits”作為全部三個(gè)節(jié)點(diǎn)的主機(jī)操作系統(tǒng)
● 按照上述定義配置硬件，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置8個(gè)NVMe設(shè)備
● 在全部3個(gè)節(jié)點(diǎn)上配置Lightbits
o 指定2 TB的PMem作為緩存設(shè)備
o 將每個(gè)NVMe SSD用作邏輯設(shè)備
應(yīng)用工作負(fù)載
● 使用“vdbench”工具,，生成具有不同數(shù)據(jù)塊大小和讀寫(xiě)比率的合成工作負(fù)載
o 在開(kāi)始其他測(cè)試之前,，運(yùn)行“寫(xiě)入-填充”工作負(fù)載，完全寫(xiě)入被測(cè)的整個(gè)存儲(chǔ)容量
o 每個(gè)測(cè)試運(yùn)行15分鐘進(jìn)行“預(yù)熱”,，然后運(yùn)行30分鐘進(jìn)行“測(cè)量”
o 測(cè)試按順序進(jìn)行,，每完成5個(gè)測(cè)試稱為一“組”
o 每個(gè)測(cè)試組重復(fù)9次，用9輪運(yùn)行結(jié)果的平均值進(jìn)行比較
● 針對(duì)存儲(chǔ)配置測(cè)試以下5種工作負(fù)載
o 4KB,，100%讀取,，100%隨機(jī)訪問(wèn)
o 4KB，100%寫(xiě)入,，100%隨機(jī)訪問(wèn)
o 8KB,，80%讀取/20%寫(xiě)入，100%隨機(jī)訪問(wèn)
o 16KB,，70%讀取/30%寫(xiě)入,，80%隨機(jī)訪問(wèn)
o 32KB，50%讀取/50%寫(xiě)入,，50%隨機(jī)訪問(wèn)
測(cè)試過(guò)程概述
● 設(shè)置用于應(yīng)用的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)
● 設(shè)置系統(tǒng),，安裝附加測(cè)試基礎(chǔ)設(shè)施使用的VMware
● 在15個(gè)系統(tǒng)上安裝OpenShift（12個(gè)“worker”裸機(jī)硬件和3個(gè)“master”虛擬機(jī)節(jié)點(diǎn)）
● 安裝和配置軟件定義存儲(chǔ)目標(biāo)集群
o 將Lightbits安裝到3個(gè)節(jié)點(diǎn)上，用于Lightbits SDS存儲(chǔ)
o 安裝CentOS,，并在用于Ceph SDS存儲(chǔ)的3個(gè)節(jié)點(diǎn)上安裝Ceph Pacific
● 創(chuàng)建包含96個(gè)vdbench客戶端容器實(shí)例和1個(gè)vdbench控制器實(shí)例的容器工作負(fù)載環(huán)境
● 在控制器容器上運(yùn)行vdbench工作負(fù)載,，將工作負(fù)載分配給所有96個(gè)vdbench實(shí)例
● 為每個(gè)工作負(fù)載收集9組結(jié)果，得到平均I/O速率,、吞吐量和時(shí)延
使用TLC介質(zhì)進(jìn)行比較
使用QLC介質(zhì)測(cè)試完畢后,，重新將兩個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)配置為使用TLC介質(zhì)設(shè)備，而非QLC設(shè)備,。眾所周知,，TLC介質(zhì)的寫(xiě)入I/O速率更優(yōu)，時(shí)延更低,。同樣,，測(cè)試兩個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，使用相同的工作負(fù)載,，在相同的服務(wù)器硬件,、網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，最重要的是,，使用相同數(shù)量和類型的存儲(chǔ)介質(zhì),。基于TLC的NVMe固態(tài)設(shè)備作為主要的存儲(chǔ)介質(zhì),，并根據(jù)最佳實(shí)踐,，為每個(gè)存儲(chǔ)堆棧使用英特爾傲騰PMem,。
圖7：TLC多工作負(fù)載下的Lightbits與Ceph吞吐量比較（來(lái)源：Evaluator Group）
圖7顯示了使用TLC SSD介質(zhì)時(shí)，五次相同測(cè)試的吞吐量結(jié)果,。顯示吞吐量結(jié)果旨在提供可直接比較的結(jié)果,，不過(guò)I/O速率是更常用于顯示單個(gè)小數(shù)據(jù)塊工作負(fù)載的指標(biāo)。
