王珩

Qlogic FabricCache QLE10000實(shí)現(xiàn)緩存1.0到緩存2.0的過渡

王珩

使用基于PCIe的閃存來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的加速已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)各種規(guī)模數(shù)據(jù)中心的慣常做法。最初，這種方式和直接附加存儲(chǔ)（DAS）并沒有什么區(qū)別，只是比使用硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）來進(jìn)行加速要快很多。這種方法適用于將數(shù)據(jù)集放在閃存卡上。但是，在處理更大的數(shù)據(jù)集上，像是虛擬化環(huán)境，更大容量的閃存卡意味著不斷攀升的成本，那么使用PCIe閃存加速對(duì)企業(yè)而言就顯得得不償失。

之后，直寫緩存的算法成為了解決容量問題的一個(gè)方法。用閃存卡存儲(chǔ)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)并且所有設(shè)備共享存儲(chǔ)也就成為了一種標(biāo)準(zhǔn)做法。我們稱其為基于服務(wù)器的緩存1.0版本。雖然這個(gè)方法在一臺(tái)物理服務(wù)器中行之有效，但是當(dāng)虛擬工作負(fù)載遷移到另一臺(tái)物理服務(wù)器，那么這個(gè)工作負(fù)載就不能載使用原來服務(wù)器的緩存，而且熱點(diǎn)數(shù)據(jù)必須重新創(chuàng)建，熱點(diǎn)數(shù)據(jù)在第二臺(tái)物理機(jī)器的緩存被創(chuàng)建之前將會(huì)有一段時(shí)間性能下降。這種現(xiàn)象需要管理員介入，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器集群負(fù)載平衡。1.0版緩存的另一個(gè)難題是需要支持集群應(yīng)用。最后，管理員需要更改配置和腳本，以確保多個(gè)物理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)不被意外損壞。

QLogic的FabricCache解決了這些問題，并創(chuàng)建基于服務(wù)器的高速緩存2.0。二十多年以來QLogic一直致力于fabric層面的革新解決方案，因此QLogic從新型的主機(jī)總線適配器（HBA）著手來解決緩存1.0的問題，則顯得順理成章。FabricCache?QLE10000緩存SAN適配器可以作為PCIe卡的閃存連接到光纖通道（FC）HBA。讀和直寫式緩存算法完全交由HBA上的系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）進(jìn)行管理。SOC負(fù)責(zé)在本地閃存卡或架構(gòu)內(nèi)任何其他FabricCache卡上為讀操作尋找給定的數(shù)據(jù)塊。這就是基于服務(wù)器的高速緩存2.0。因?yàn)镕C架構(gòu)具有帶寬優(yōu)勢(shì)，而SOC具有智能，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）中的讀取操作僅在當(dāng)數(shù)據(jù)塊不在任何所連接閃存內(nèi)存上的時(shí)候才發(fā)生。這解決了物理機(jī)之間移動(dòng)的虛擬化工作負(fù)載問題，因?yàn)闊o論虛擬機(jī)遷移至何處，工作負(fù)載都可以訪問到原來的緩存。

FabricCache QLE10000解決方案使用2個(gè)PCIe插槽。第一個(gè)插槽可以容納包括SOC在內(nèi)的適配器，并且第一個(gè)插槽通過帶狀電纜和第二個(gè)PCIe板相連，實(shí)現(xiàn)像PCIe接口那樣的功能，并提供200GB或400GB企業(yè)級(jí)的單個(gè)單元（SLC）閃存內(nèi)存。第二個(gè)插槽為閃存板提供電源。SLC的使用讓系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，并最大程度的利用閃存單元。由于閃存是集群內(nèi)所有服務(wù)器的共享資源，對(duì)于所有FabricCache適配器而言，閃存的總?cè)萘烤惋@得非常充足且可擴(kuò)展。且無需修改SAN或任何其他交換設(shè)備或電纜設(shè)施。在一個(gè)四核的SOC上，該適配器可提供一個(gè)8Gbps的雙端FC連接和一個(gè)緩存引擎。

QLogic標(biāo)準(zhǔn)的管理工具提供一個(gè)直觀的圖形用戶界面或者是命令行界面實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)。高級(jí)用戶和OEM廠商可以通過開放的應(yīng)用程序編程接口（API）來訪問系統(tǒng)，并使用特定的功能。不久將有可用于VMware、Hyper-V、Xen和其他管理工具的插件。有一點(diǎn)不會(huì)改變的是，F(xiàn)abricCache使用標(biāo)準(zhǔn)的QLogic適配器驅(qū)動(dòng)堆棧。該堆棧支持眾多操作系統(tǒng)，包括Windows Server和Linux。

如果采用服務(wù)器端緩存1.0配置，則需要購(gòu)買和安裝一個(gè)PCIe閃存卡和一個(gè)完全獨(dú)立的高速緩存軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了HBA驅(qū)動(dòng)之外，還需要專用的驅(qū)動(dòng)程序。FabricCache可針對(duì)HBA卡、閃存和緩存在單個(gè)SKU下進(jìn)行定制。

QLogic使用TPC-E測(cè)量了FabricCache的性能。硬件配置使用的是32GB DDR內(nèi)存和24核的Dell PowerEdge720服務(wù)器，操作系統(tǒng)是Windows Server 2008。SAN環(huán)境是使用HP EVA6300，配置有7個(gè)100GB的LUN和24個(gè)10K RPM硬盤驅(qū)動(dòng)器。另外，HBA使用具有400GB閃存容量的FabricCache QLE10542。第一組測(cè)試中使用的一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行250個(gè)用戶。在沒有緩存的情況下，系統(tǒng)性能為每秒74交易事務(wù)處理量（TPS）。隨著緩存啟用后，系統(tǒng)性能提升7倍，達(dá)到544 TPS。

第二組測(cè)試使用4臺(tái)服務(wù)器，負(fù)載250個(gè)用戶工作量。在沒有緩存的情況下，系統(tǒng)表現(xiàn)為87 TPS。隨著緩存啟用后，系統(tǒng)性能上升至1,925 TPS，增長(zhǎng)達(dá)22倍。第三組測(cè)試評(píng)估共享緩存環(huán)境下的性能，使用2臺(tái)服務(wù)器，負(fù)載250個(gè)用戶的工作量，并且配置了一個(gè)本地緩存和SAN（可以跨服務(wù)器共享）。相比本地緩存544TPS的性能，SAN緩存只稍微慢一些，表現(xiàn)為500 TPS，最大約8%的差異。在這2種情況下，本地或SAN緩存命中的延時(shí)都是小于1ms。這表現(xiàn)還不錯(cuò)，尤其是你要知道這個(gè)SAN高速緩存中還包括架構(gòu)延遲和PCIe延遲。這表明，該架構(gòu)具有足夠的帶寬用于物理服務(wù)器之間的共享SAN緩存。

大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都部署了大量管理SAN的腳本。基于服務(wù)器的高速緩存1.0意味著需要修改許多有關(guān)數(shù)據(jù)位置和負(fù)載均衡的腳本。QLogic的FabricCache在添加到主機(jī)的過程中無需額外的軟件，因此對(duì)現(xiàn)有的配置管理來說是完全透明的。這意味著，可以在不中斷現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)的情況下，大大提升工作負(fù)載的運(yùn)行速度。只要將HBA卡安裝到集群中，然后啟動(dòng)緩存即可。SAN上的負(fù)荷將大大降低，現(xiàn)有系統(tǒng)的使用壽命將得到大大延長(zhǎng)，并且數(shù)據(jù)中心可以用成本更低、容量更高的硬盤來進(jìn)行配置。

QLogic進(jìn)軍服務(wù)器閃存緩存市場(chǎng)的這一獨(dú)特方式，很有可能導(dǎo)致許多OEM廠商和數(shù)據(jù)中心管理者重新審視他們的數(shù)據(jù)中心部署模式。在整個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)，QLogic是非常值得信賴的合作伙伴，他們所提供的解決方案有可能是現(xiàn)有服務(wù)器端緩存部署的最佳方式。相比其他方法，安裝簡(jiǎn)單和支持FabricCache解決方案是他們最大的優(yōu)勢(shì)，而采用其他方法則涉及從至少2個(gè)甚至3個(gè)廠商處采購(gòu)產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)部署，且功能還會(huì)有所欠缺。此外，QLogic FabricCache的性價(jià)比很高，可媲美其他供應(yīng)商的HBA、閃存卡和緩存軟件的聯(lián)合定價(jià)。