SandStone HyperCube 超融合一體機是全新英特爾® 至強® 可擴展平臺和杉巖數據™ 軟件定義存儲方案的完美結合，基于全新英特爾® 至強®可擴展平臺和英特爾® 固態盤 DC P4600 系列打造，為終端客戶提供了一站式高可靠和高性能的解決方案，并可顯著提高用戶業務性能，此外還可滿足用戶的可靠性以及 QoS （Quality of Service）需求。目前在政府、金融、運營商、教育、醫療等不同場景已經進行了大范圍推廣和應用，希望未來雙方能夠建立更深入的技術合作，為客戶帶來更領先的數據存儲產品與解決方案。”
背景
隨著大數據、物聯網、移動互聯網等 IT 趨勢的融合發展，IT 基礎架構正經歷著向云計算演進的巨大技術變革，這也給存儲系統的 IOPS（Input/Output Operations Per Second）性能、擴展性、成本效益帶來了巨大壓力。在此背景下，能夠將核心存儲和計算功能整合到高度虛擬化解決方案中的超融合基礎架構（Hyper Converged Infrastructure, 簡稱 HCI），憑借著其在性能、可靠性、擴展性等方面的優勢，得到了快速發展。基于超融合技術未來良好的發展前景，杉巖數據™ 超融合一體機 SandStone HyperCube 應運而生。SandStone HyperCube 基于全新英特爾® 至強® 可擴展平臺，預集成杉巖數據™ 自主研發的分布式統一存儲平臺 SandStone USP（Unified Storage Platform）以及虛擬化平臺軟件，可幫助行業客戶快速構建云數據中心，降低 IT 建設復雜性和總體擁有成本（Total Cost of Ownership, TCO），提升業務交付的靈活性。
打造高性能超融合一體機面臨的挑戰
雖然業界普遍認為超融合架構是未來信息化基礎設施構建的優先發展方向，對于企業業務的云化進程有著重要意義，但是杉巖數據™ 在研發 SandStone HyperCube 高性能超融合一體機的過程中，發現其落地依然面臨著軟硬件最佳適配、如何進一步提升超融合一體機性能等諸多挑戰：1.如何實現軟硬件的最佳融合超融合架構是硬件融合與軟件定義的結合，要想打造高性能、具有高靈活性、擴展性、性價比的超融合一體機，一方面需要計算、存儲等超融合硬件組件的融合、調整與優化，為超融合一體機奠定堅實的硬件基礎。另一方面，軟件定義的超融合架構也對軟件優化提出了極高的要求，傳統的基于 SATA 接口的機械硬盤和固態盤開發的存儲軟件很難高效地發揮出基于NVMe（Non-Volatile Memory Express）協議的 PCIe SSD 等新一代存儲硬件的最大性能，這也是當前存儲軟件架構急需解決的問題。2.如何進一步提升超融合一體機的性能表現對于政府和金融等行業用戶來說，其關鍵業務應用涉及到海量的數據吞吐，往往需要強大的 IOPS（Input/Output Operations Per Second）能力來確保業務快速、敏捷交付，這對于超融合一體機的性能提出了嚴峻的挑戰。要提升其性能表現，不僅需要采用計算、存儲等硬件產品的最新創新成果，還需要對軟件進行持續的優化，化解數據快速增長給存儲系統帶來的壓力。另外，在超融合的某些應用場景中，業務高峰期的數據處理壓力將會對底層硬件平臺的處理能力提出巨大的考驗，比如桌面虛擬化（Virtual Desktop Infrastructure，簡稱VDI） 場景下，上百臺虛擬桌面的同時并發將給系統帶來巨大壓力，很容易產生 “啟動風暴” 而造成桌面應用卡頓。
搭載全新英特爾® 至強® 可擴展平臺和英特爾® 固態盤高性價比的超融合解決方案——SandStone HyperCube
該解決方案融合基于 NVMe 協議的固態盤和傳統 SATA接口的機械盤，并能充分發揮計算和存儲的整體性能。
表1. SandStone HyperCube 一體機產品型號與規格
在硬件上，SandStone HyperCube 一體機搭載了全新英特爾® 至強® 可擴展平臺和英特爾® 固態盤 DC P4600 系列產品；在軟件上，方案底層采用杉巖自研的高性能分布式統一存儲平臺 SandStone USP，上層則開發了面向 NVMe 協議的固態盤的全新分布式客戶端緩存層，支持 Write back / Write through 兩種模式，通過熱點預測、隨機 IO 轉換為順序 IO、寫入合并等獨創技術，將基于 NVMe 協議的固態盤與基于 SATA 協議的固態盤結合構成兩級緩存，將傳統機械硬盤作為主存，大幅提升讀寫性能。
圖1. SandStone HyperCube 軟件架構示意圖
如圖 1 所示，杉巖數據™ 分布式客戶端緩存層位于 SDC（SandStone Data Client）模塊中，運行于計算資源層，使得熱點數據更靠近客戶虛擬機，訪問路徑更短，因此性能更高，同時緩存數據跨節點多副本冗余，保證了可靠性，節點間的數據復制采用獨立的網絡平面，支持 TCP / IP 與 RDMA 等多種網絡連接方式。另外，分布式客戶端緩存層不僅具有普通高性能Cache 的完整特性，還支持用戶業務 IO 感知功能，可以識別虛擬機（Virtual Machine, 簡稱 VM）模板母卷或用戶配置的其他高優先級卷，將關鍵業務數據鎖定在緩存中，保證服務質量，解決 VDI 場景 “啟動風暴” 或業務高峰期存儲負載過大問題。存儲層則基于 SandStone USP，SandStone USP 是杉巖數據™ 自主研發的可橫向擴展的分布式統一存儲軟件，將所有節點中的 SSD 或 HDD 等存儲介質抽象成資源池，為超融合的計算層或其他外部業務提供標準的塊、對象、文件訪問接口，且針對計算層中的虛擬化環境提供了完整的虛擬化基礎架構支持和垂直優化，為 SandStone HyperCube 超融合一體機提供堅實的存儲基礎。
英特爾® 至強® 可擴展平臺和英特爾® 固態盤 DC P4600 系列給SandStone HyperCube帶來的技術優勢
1.硬件創新與軟件定義的完美融合，滿足關鍵應用對于數據吞吐性能的苛刻需求受益于英特爾® 至強® 可擴展平臺和英特爾® 固態盤 DC P4600 系列的強大性能，以及在軟件方面的創新與優化，SandStone HyperCube實現了性能上的大幅躍進，被證明可以滿足行業部分關鍵應用對數據吞吐性能的需求。英特爾® 至強® 可擴展平臺為設計強大的數據中心平臺奠定了堅實基礎，可實現敏捷性和可擴展性的跨越式進步。這款創新的處理器采用了顛覆性設計，在平臺融合與計算、存儲、內存、網絡和業務持續性等功能方面樹立了全新標準。在擁有多達 28核的英特爾® 至強® 可擴展平臺的英特爾® Mesh Architecture中，所有內核共用末級高速緩存（LLC）、六個內存通道和 48個 PCIe* 通道，支持訪問整個芯片的大量資源，提供動態可擴展性，同時不影響虛擬化等各種部署場景的性能。虛擬機可輕松擴展，全權訪問所有需要的共用板載資源。英特爾® 固態盤DC P4600 系列產品是為軟件定義云架構（Software-Defined Cloud Infrastructure）量身打造的英特爾最新 3D NAND 固態盤產品，兼具高性能、大容量、高耐用和易管理等特點，滿足客戶在不同云場景下的工作負載需求。2.為客戶提供高性價比存儲通過使用標準 x86 服務器構建統一存儲資源池，SandStone HyperCube可以滿足虛擬化、郵件服務、中間件服務、非結構化數據存儲、備份歸檔等多種應用不同的存儲接口需求。存儲容量及性能可按需進行線性擴展，幫助企業用戶輕松應對業務快速增長帶來的計算及存儲需求，無需一次性高成本投入，大幅降低 TCO。同時，用戶采用 SandStone HyperCube 超融合一體機后，能夠避免不同品牌硬件設備所帶來的部署、運維難題，降低系統管理難度，運營成本顯著降低。實現了高性能、可彈性擴展的 IT架構，并且新的架構可使其從容應對未來業務不斷增加所帶來的計算與存儲資源需求，運維方面也極其簡單，通過統一界面即可管理不同客戶不同業務的虛擬機資源與存儲資源。
SandStone HyperCube性能驗證
為了驗證在配備新一代英特爾® 至強® 可擴展平臺及英特爾® 固態盤硬件之后的SandStone HyperCube 增強型一體機產品性能優勢，進行以下對比測試。對照組的配置為上一代英特爾® 至強® E5-2600 v4 系列和英特爾® 固態盤 DC P3700 系列。測試采用 3 節點組成 HCI 集群，每節點NVMe 容量 3.2TB，HDD 盤總容量 32TB，每節點硬件配置如表 2。軟件則全部部署基于 SandStone HyperCube（V3.1.2）的解決方案。
表2. SandStone HyperCube性能測試節點配置
在具體測試中，在每個節點創建 10 個 VM，并為每個 VM 映射一個使用分布式客戶端緩存軟件加速后的邏輯卷，在每個 VM 中使用 fio 測試工具測試 4K 隨機讀寫（libaio & O_DIRECT， SingleThread & QueueDepth=16），計算所有VM 的 IOPS 總和與 Latency 平均值，測試結果如表 3：
表3. SandStone HyperCube 性能測試結果
測試結果證明，在配備了新一代英特爾® 至強® 可擴展平臺及英特爾® 固態盤 DC P4600 系列之后，SandStone HyperCube的性能相較于上一代平臺有了顯著提升：其中，小塊隨機寫性能（100% Write）提升 25% 以上，隨機讀性能（100%Read）提升 50% 以上，99.9% IO 延時（100% Write）降低45% 以上，大大提升了服務質量。顯著提高用戶業務性能，并且滿足用戶的可靠性及 QoS 需求。
總結
面向不同業務環境的企業級存儲需求，基于全新英特爾® 至強® 可擴展平臺和英特爾® 固態盤 DC P4600 系列打造的超融合存儲解決方案 SandStone HyperCube，給用戶提供更高性能的存儲能力支撐，顯著提高用戶業務性能，并且滿足用戶的可靠性以及 QoS (Quality of Service） 需求。
文章摘自英特爾精英匯
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