避免在數(shù)據(jù)中心“重?fù)酏B鼠”

　　這是一個(gè)在任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的詛咒，特別是在數(shù)據(jù)中心:明確了一個(gè)性能瓶頸，會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)數(shù)據(jù)或應(yīng)用程序的問(wèn)題，這是一個(gè)永無(wú)止境的游戲，"重?fù)酏B鼠。"在當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心，"重?fù)酏B鼠"槌是搖擺不定的，以前從未像現(xiàn)在這樣，因?yàn)殡S著全球數(shù)字信息海量數(shù)據(jù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這些瓶頸出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高。

　　這些瓶頸大家都很熟悉，如:陳舊的服務(wù)器和磁盤存儲(chǔ)之間的輸入輸出(I/O)路徑，無(wú)論是直接連接，還是在一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)微處理器的能力和速度超過(guò)存儲(chǔ)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。其他的，隨著數(shù)據(jù)中心把服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備整合和在云中的虛擬化，新的瓶頸出現(xiàn)的越來(lái)越多。越來(lái)越多的企業(yè)部署云計(jì)算架構(gòu)，集中存儲(chǔ)、處理和網(wǎng)絡(luò)，以提高計(jì)算資源的效率和利用率，提高彈性和可擴(kuò)展性，降低成本。

　　提高數(shù)據(jù)中心的效率一直是優(yōu)化資源的個(gè)平衡的方法，但這種平衡的方法在今天的網(wǎng)絡(luò)上，發(fā)生了根本的不安定的重大的轉(zhuǎn)變，如:干兆位以太網(wǎng)發(fā)展到萬(wàn)兆位，很快就到4萬(wàn)兆，出現(xiàn)了多核的和其他比以往任何時(shí)候都更快的處理器，以及固態(tài)存儲(chǔ)部署的增加。隨著虛擬化提高了服務(wù)器的利用率以及效率，也加劇了在內(nèi)存和輸入輸出(I/O)的內(nèi)部資源之間的沖突。隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用的發(fā)展，運(yùn)行不斷增長(zhǎng)的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的計(jì)算機(jī)集群處理、管理和存儲(chǔ)干兆兆(PB)級(jí)的數(shù)據(jù)，勢(shì)必造成更多的資源之間的沖突。

　　由于數(shù)據(jù)中心這些動(dòng)態(tài)的變化，保持可接受的性能水平成為一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。但今天，也有行之有效的方法來(lái)解決，這些方法有助于IT管理人員，減少?zèng)_突的高風(fēng)險(xiǎn)。

　　在內(nèi)存和硬盤驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出(I/O )之間架起一座橋梁

　　硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)的輸入輸出(I/O)是連接存儲(chǔ)服務(wù)器(DAS)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)和網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NAS)陣列的主要瓶頸。具體來(lái)說(shuō)，在服務(wù)器內(nèi)存的輸入輸出(I/O)大約需要100納秒，而硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)的輸入輸出(I/O)大約需要10毫秒，相差10萬(wàn)次，這就扼制了應(yīng)用程序的性能。在存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)和網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NAS)的延遲往往更高，因?yàn)樵诟深A(yù)光纖通道(FC)上數(shù)據(jù)流量擁塞，光纖通道(FC)通過(guò)以大網(wǎng)或iSCSI網(wǎng)。

　　驅(qū)動(dòng)器容量的增加已經(jīng)超過(guò)更快的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器延遲的減少，這些瓶頸已經(jīng)增加， IT經(jīng)理們面對(duì)著海量的數(shù)據(jù)，為了保持同步，需要添加更多的硬盤和更多的設(shè)備。其結(jié)果是，大多數(shù)應(yīng)用程序的性能受到限制，變得與延遲時(shí)間有關(guān)，而不是與帶寬或每秒(IOPS)的輸入輸出(I/O)有關(guān)，而隨著存儲(chǔ)容量需求繼續(xù)以每年50-100的增長(zhǎng)，這個(gè)問(wèn)題可能更加惡化。請(qǐng)記住，過(guò)去三十年來(lái)所看到的延遲減少僅僅是30倍，而同期的網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高是3000倍。處理器的吞吐量、磁盤容量和內(nèi)存容量也得到了巨大的收益。

　　緩存內(nèi)容到服務(wù)器存儲(chǔ)或存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)，緩存設(shè)備可以幫助減少延遲，從而提高 應(yīng)用程序的性能。但是，因?yàn)榉?wù)器或緩存設(shè)備的內(nèi)存是以千兆字節(jié)(GB)為單位來(lái)衡量的，甚至只有一個(gè)單一的硬盤驅(qū)動(dòng)器(以兆兆字節(jié)TB計(jì)的容量)的一小部分，所以，性能的提升往往是不夠的。

　　NAND閃存形式的固態(tài)存儲(chǔ)對(duì)于縮小內(nèi)存和硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDDs)之間的顯著的延遲差距是特別有效的。在容量和延遲方面，閃存能夠在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)和硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDDs)之間架起了一座橋梁，如下圖所示。以前，把閃存部署集成到現(xiàn)有的存儲(chǔ)架構(gòu)中，已經(jīng)是非常昂貴的。如今，有了硬件和軟件的創(chuàng)新，閃存成本降低了，易于部署基于閃存的存儲(chǔ)，投資回報(bào)率更具吸引力。

　　固態(tài)存儲(chǔ)器通常提供了最高的性能，當(dāng)閃存加速卡被直接放置在服務(wù)器上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接(PCIe)總線上時(shí)。嵌入式或基于主機(jī)的智能高速 緩存軟件是用來(lái)把"熱數(shù)據(jù)"放置在閃存中，在那里，數(shù)據(jù)的訪問(wèn)約20微秒，比在硬盤驅(qū)動(dòng)器2800微秒的速度快140倍。一些卡支持幾個(gè)兆兆 字節(jié)(TB)的固態(tài)存儲(chǔ)，現(xiàn)在，一類新的解決方案還提供內(nèi)部閃存和串行連接SCSI (SAS)接口，來(lái)創(chuàng)建一個(gè)高性能固態(tài)和磁盤冗余(RAID)硬盤驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)解決方案的組合。基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接(PCIe)的閃存加速卡可以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序的性能5到10倍，在任何一個(gè)直連方式存儲(chǔ)(DAS)或存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN環(huán)境)中。

　　調(diào)整虛擬化的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

　　虛擬化數(shù)據(jù)中心的一個(gè)共同的瓶頸是轉(zhuǎn)換控制面，一個(gè)隨著虛擬機(jī)數(shù)量的增加，可以限制網(wǎng)絡(luò)性能的潛在的瓶頸。控制面的工作量增加與四個(gè)方面有關(guān):

　　1、服務(wù)器虛擬化增加了相當(dāng)大的控制開(kāi)銷， 尤其是當(dāng)移動(dòng)虛擬機(jī)(VM)時(shí);

　　2、更多、更大服務(wù)器集群，如:分析大數(shù)據(jù)， 大幅增加了節(jié)點(diǎn)間的通信流量;

　　3、CPU內(nèi)核的爆炸性擴(kuò)張，避免在服務(wù)器處 理能力的瓶頸，增加了每臺(tái)服務(wù)器上的虛擬機(jī)的數(shù)量和服務(wù)器集群的規(guī)模;

　　4、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，以幫助適應(yīng)這些 變化，面對(duì)無(wú)惰的增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)保持延遲和流量性能。

　　這些變化在嚴(yán)重地剌激著控制面。例如，在一個(gè)虛擬機(jī)遷移中，連接、地址解析協(xié)議(ARP)信息和路由表可以快速變化，壓倒現(xiàn)有的控制面的解決方案，尤其是在大規(guī)模的虛擬化環(huán)境中。因此，大規(guī)模的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)遷移往往是不切實(shí)際的，因?yàn)樯婕暗拈_(kāi)銷非常大。

　　要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的虛擬機(jī)遷移，控制面需要向上向外擴(kuò)展。在傳統(tǒng)的擴(kuò)大規(guī)模的方法中，現(xiàn)有的與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)連接的控制面解決方案需要由額外的或更強(qiáng)大的計(jì)算引擎和加速引擎，幫助擴(kuò)大控制面性能來(lái)補(bǔ)充。這些補(bǔ)充資源為其他任務(wù)釋放CPU周期，提高了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

　　在新興的擴(kuò)展架構(gòu)中，控制面與數(shù)據(jù)面是分開(kāi)的，通常在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上執(zhí)行。在某些情況下，控制面任務(wù)被分解為子任務(wù)，如:發(fā)現(xiàn)、傳播和恢復(fù)，然后再在這些服務(wù)器上分布。諸如軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)這樣的新興架構(gòu)，采用可擴(kuò)展的方法來(lái)獲得規(guī)模更大的控制面。這些架構(gòu)還使IT經(jīng)理能夠虛擬化網(wǎng)絡(luò)基板，能夠更好地管理和保護(hù)數(shù)據(jù)中心的流量。

　　在向上擴(kuò)展和向外擴(kuò)展的架構(gòu)，智能多核通信處理器，結(jié)合了其具有專門的硬件加速引擎的通用處理器，為實(shí)現(xiàn)特定功能，可以在控制面性能上產(chǎn)生顯著的改善。某些功能，如:數(shù)據(jù)包處理和流量管理，往往完全可以卸載到配備專用通信處理器的線卡上。

　　承諾可以提高服務(wù)器的輸入輸出(1/0 )和網(wǎng)絡(luò)性能的近期的進(jìn)步

　　今天在許多機(jī)構(gòu)中，是以毫秒為單位的，對(duì)更短的響應(yīng)時(shí)間的需求非常強(qiáng)勁。對(duì)于一些人來(lái)說(shuō)，如:貿(mào)易公司，每毫秒的延遲可以以數(shù)百萬(wàn)美元計(jì)算。對(duì)于其他人，如:在線零售商，每毫秒的延遲所造成的損失可能會(huì)是損害競(jìng)爭(zhēng)力和客戶滿意度，并最終直接影響收入。

　　更多的數(shù)字信息通過(guò)數(shù)據(jù)中心，快速的固態(tài)存儲(chǔ)將越來(lái)越多地部署在存儲(chǔ)服務(wù)器緩存和國(guó)態(tài)硬盤(SSD)上，在分層為直連方式存儲(chǔ)(DAS)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)配置中。固態(tài)硬盤(SSD)的容量和出貨量繼續(xù)增長(zhǎng)，通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低了每千兆字節(jié)(GB)的成本，而智能的閃存存儲(chǔ)處理器與復(fù)雜的垃圾收集的損耗均衡，增強(qiáng)了糾錯(cuò)算法，繼續(xù)提高固態(tài)硬盤(SSD)的耐力。

　　隨著越來(lái)越多地使用10干兆和40干兆以太網(wǎng)， 12千兆的SAS技術(shù)被廣泛部署，這將有助于更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。12千兆的SAS技術(shù)除了把現(xiàn)有的6干兆的SAS技術(shù)的流量增加一倍，還將利用PCTe 3.0的性能改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)超過(guò)每秒一百萬(wàn)的輸入輸出(lOPS)。

　　隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，在控制面和數(shù)據(jù)面的加速和可編程性的新形式是必要的。為分組處理和流量管理，更多地使用硬件加速，并根據(jù)在這些向上或向外擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)上的不同的信息流量，提供確定的相應(yīng)性能。

　　更多的瓶頸

　　隨著服務(wù)器移動(dòng)到萬(wàn)兆以太網(wǎng)，機(jī)架將成為自己的瓶頸。為了幫助清除這個(gè)瓶頸，國(guó)態(tài)存儲(chǔ)將高速穿梭在服務(wù)器的數(shù)據(jù)之間，特制的PCIe卡將實(shí)現(xiàn)快速的服務(wù)器間的通信，在一個(gè)機(jī)架上的所有部件可能會(huì)被調(diào)整，以優(yōu)化性能和成本。隨著數(shù)據(jù)中心開(kāi)始采用私有云以及多租戶的公共云、混合云，轉(zhuǎn)換服務(wù)將越來(lái)越多地需要更智能的分類和管理流量，提高應(yīng)用程序的性能和增強(qiáng)安全性。隨著越來(lái)越多地使用加密和隧道流量，CPU密集型數(shù)據(jù)包處理任務(wù)將需要卸載到特定功能 的加速引擎上，從而達(dá)到一個(gè)完全分布式的智能網(wǎng)絡(luò)。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心與日益增加的海量數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)的繼續(xù)斗爭(zhēng)，隨著IT經(jīng)理為了業(yè)務(wù)需要，不懈地追求更快地訪問(wèn)數(shù)字信息和提高數(shù)據(jù)傳輸速度。高速通信處理器、加速引擎、固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)和其他能夠提高性能和減少數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)延遲的技術(shù)將變得越來(lái)越重要。

　　責(zé)任編輯：GOCN