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IDF14:软硬兼施冷存储 Atom C2000打倒ARM?

作者:黄亮出处:比特网2014-04-04 09:35

本文将分为2个部分,先讨论软件设计或者说架构,而后是硬件实现。

  注:本文引用的资料来自技术课程《英特尔技术如何发挥云端灵活分层存储解决方案的优势》,感觉其中有价值的内容不少,希望能够帮助 大家理解获取信息。

  三重复制/擦除码、IO绑定和硬盘/CPU比率

IDF14:软硬兼施冷存储 Atom C2000打倒ARM?

  上面是业内对冷存储的定义。简单说就是数据写入一次后(几乎)从不删除,读取访问频率很低,对延迟等性能的放宽提高了成本优化(Intel在这里翻译成了元/GB)的要求。主要用例包括备份、归档、容灾和社交媒体数据(如典型的Facebook等)。

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  上图为Shared-Nothing架构的横向扩展对象存储,以REST API(而非标准文件存储的POSIX协议)写入(put)数据的示意图。在中间2台标注为“代理服务器(API)”的就是元数据节点,metadata信息在2个节点间同步以避免单点故障,它负责维护数据放置和数据保护,也就是“告诉”客户端将数据放到哪3个存储节点的什么位置上。

  这个就是像Hadoop那样的3副本存储方案。

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  读取(get)数据要相对简单了,元数据服务器给出存储位置之后,直接从一个存储节点返回数据就OK了,此时多个节点上的多块硬盘还能并发响应不同访问以实现负载均衡。

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  这里面有一个“公共网络”——客户端到代理服务器,和“专用网络”——代理服务器到存储节点之分,也就是说此处列出的元数据节点同时充当了后端存储节点的网关,而不是元数据和数据路径分离的带外方案。这可能牵涉到后文中要提到的擦除编码。

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  元数据节点的处理能力要求向来较高,否则容易成为存储系统瓶颈,一般最少是Xeon E3,配置双路Xeon E5较佳。Intel在这里建议将“公共网络”绑定到同一颗(应该是第一颗)Xeon处理器上的端口,以承载较高的突发性网络吞吐量;而“专用网络”绑定到第二颗Xeon处理器上的端口,来承载后端平均的网络吞吐量。另外可以配置内存和SSD作为Cache来提高性能。

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  由此我联想到了IBM SVC存储虚拟化网关——为了提高RTC实时压缩的性能,可以添加第二颗CPU和内存来专门处理这些负载。

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  RAID、三重复制和擦除码(Erase Code,或称纠删码)的对比。传统单机上的RAID不适合跨网络横向扩展,三副本需要较高的网络带宽和更多硬盘,性价比低一些;而擦除码则是通过计算来换空间

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  使用擦除码的对象存储,写入数据时会将校验位和数据组合在一起后打散保存到后端存储节点,并保证N+M的容错。

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  读取一份数据时,只需要来自8个节点的数据块,在本实例中相当于有4个节点的容量存放了校验码。

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  这里考虑的是存储节点的硬盘/CPU比率。每CPU较高的硬盘数量会增大“故障域”,即单点故障的影响范围。反过来,单节点上的硬盘配太少则会增加每GB成本和节点间的网络流量。

  另外,每机箱硬盘较多会加剧旋转震动和设计复杂性,比如60盘位JBOD中较为繁琐的SAS扩展器连接结构,进而增加维护成本。像传统服务器/存储的热插拔有利于维护,但会限制硬盘排列位置,并增加背板等相关成本

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  传统RAID 6重建大容量硬盘的时间会带来风险,我曾在《再谈RAID重建:宽条带化分布式热备盘》一文中谈到了企业级存储系统上的解决方法,对于分布式存储则是把硬盘分散在多个节点中。60盘JBOD包含的数据量可达228TB(按4TB硬盘),通常 进行现场修复或者硬盘迁移,因为整个节点离线的代价太大;12盘存储服务器则相对好得多,除了“分布式维护”还可在极少情况下更换节点。比如擦 除码,应该可以把故障盘的数据跨节点“并行”重建到多个硬盘上

  系统设计部分的结论是:1U存储服务器12块3.5英寸硬盘(12:1)对冷数据存储是一个比较合适的配置,既有密度又不至于使一个CPU带太多盘。在本周一 ,新浪-研发-运维部负责人刘明生(@明生78)在《2014-新浪定制服务器介绍》中也有类似观点。

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  Atom C2000:除了万兆网卡一切都有了?

  接下来看看Intel的Atom C2000 SoC解决方案。

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  首先是8核4模块(有点像AMD推土机?),引入TurboBoost能够提高单线程性能,乱序执行架构表明Intel可以不依赖在Atom上用顺序执行来降低功耗。Slivermont System Agent最高25.6GB/s的带宽,这个数值以前在QPI上也看到过,不知是否巧合。完全整合南桥,才能称之为SoC单芯片方案,将简化系统设计,不占用额外的PCB面积和能源消耗。记得第一代Atom CPU的功耗4W,而北桥好像就要10W左右。

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  这种片内互连有点像微缩的多处理器系统,多核心替代了多线程,估计是每个Core的处理能力相对有限,Hyper-Threading在这里的效果不是太理想。

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  上面的表格里,笔者最初看到时有一些疑问,毕竟之前关注这一块比较少。好在下面Intel给出了更详细的资料。

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  “双通道”DDR3内存控制器,我不再多解释了。

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  Atom C2000整合的PCIe控制器比我想象的要强大,它比传统ICH南桥提供的通道数量要多——一共16 lane,甚至可以连接GPU显卡了。

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  千兆以太网控制器这块,是基于Intel I350为基础的MAC,提供4个独立的网络接口,可支持1000/2500 BASE-KX,也就是整体最大10G的吞吐量 ?但我不知道2.5G需要什么样的交换设备来支持。通过SGMII接口连接的外部PHY芯片,可以是Intel I347或者Marvell 88E1543(Alaska)。

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  集成高、性能不打折扣的主板

  最后,再来看下主板要做成什么样。

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  上面列出了Intel与Newisys协同开发的Canyon Run(代号)存储服务器参考设计,都关注了哪些要点——经济、高密度、平衡IO、SSD加速、可靠性、BMC管理、低功耗/功耗控制,还有小型化

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  这样一个Mini-ITX主板上,除了CPU整合4个千兆网口,还集成了一颗Intel X540双端口10GBase-T万兆芯片。存储连接除了12个SATA端口之外,还有背面的2个mSATA,估计可以分别用于系统盘和SSD缓存。

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  这块主板上的12个标准SATA接口,有4个3Gb/s是CPU原生(2个6Gb/s原生做成mSATA了),还通过x2 PCIe分别连接了2个4端口SATA控制器。注意这里可不是Multiplier倍线器, 在性能及维护性上理论上没有打折扣哦

  这套子系统整体的功耗约为23-36W,而且它是x86架构,不像ARM那样需要移植应用产生额外的开发成本。正如新浪的 @明生78 所说,相比Xeon E3,ARM在整体方案上的竞争力尚显不足,现在又来了一个Atom C2000。我不太看好ARM在冷存储领域的表现,或许在一些“极简”的单核CDN等微服务器 应用,以及那种“IP硬盘”上,还有其用武之地吧。

  当然了,数据中心市场有个ARM存在也不是什么坏事,至少客户还可以此和Intel谈条件。

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关键词:冷存储,Atom,C2000,ARM,IDF2014

责任编辑:周钜翔

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