如何内外兼修，打造一款极致性能的全闪存储

随着科技洪流的推动，存储技术已经全面进入了闪存时代，闪存阵列的大规模应用已经势不可挡，涵盖人工智能、大数据、云计算、5G、物联网等领域。这些技术的推进带来了海量数据的爆发，对性能的需求也前所未有地增长。

在这个全闪存储的新时代，企业对于关键业务数据存储需求越来越高，全闪阵列在主存储市场呈现出了稳步增长的态势，预计到2024年国内的全闪存储市场规模将达到约56亿。

以往全闪存储在应用场景上主要集中在对响应延迟要求低、IOPS要求高的核心交易系统，例如传统金融系统中的联机交易、网银、ODS等等，以及运营商的Billing系统和CRM系统。这些核心系统对存储系统的性能要求极高，要求其性能高达8000IOPS/TB，而传统存储方式无法满足这一需求。但现在随着支持的业务规模不断增长，或是因为需要敏捷响应市场需求导致的业务种类也在迅速增加，许多行业除了核心交易系统以外，一些非核心但对IOPS要求高、响应时延低的业务也逐渐开始转向全闪阵列。

随着全闪存储的需求量快速增长，如何将存储软件栈与闪存盘完美融合，发挥出最大效能，成为了各大存储厂商需要面对的巨大挑战。

在全闪存储方面，浪潮存储表现出了外功扎实、内功深厚的特点。从硬件层面来看，浪潮存储通过引入傲腾SSD作为内存级存储、NVMe高速通路端到端打通等创新已经让其产品竞争力达到了业界领先水平。

在端到端NVMe方面，浪潮全闪存储G5系列支持端到端NVMe，性能提升明显。NVMe协议相较传统SATA/SAS相比，在队列机制、队列深度等方面都有较大变化。另外，G5可基于一套架构实现NVMe和SAS都支持，采用超高速PCIE3.0互联架构，最大可扩展48个控制器，可实现6个9的可靠性。

在介质方面，浪潮存储引入傲腾SSD作为SCM内存存储，位于DRAM和NAND之间，能够填补DRAM和NAND之间的性能和时延的鸿沟，是颠覆存储系统设计的新一代介质。基于这些特点，浪潮存储全面支持SCM级介质，具有高性价比，也可整机框满配OptaneSSD，提供超高性能。

从软件方面来看，浪潮存储通过全用户态软件栈、智能资源调度技术、智能硬压缩技术、垃圾回收技术、满条带写、元数据优化等技术创新，实现了全闪存储的性能调优。

总之，浪潮存储在全闪存储领域取得了显著的成果，其外功扎实、内功深厚，让其产品竞争力达到了业界领先水平。

这种方案同样是现有DPDK等高效IO框架的实现方式。

其二是智能资源调度技术。浪潮存储软件栈并不仅仅依赖于操作系统的任务调度机制，而是采取了以下方法来提高CPU利用率：例如采用进程绑定技术，将所有任务绑定到不同的CPU核心上，在任务执行期间不会跨越CPU核心，也不需要通过锁来保护冲突的数据，避免了加锁带来的CPU上下文切换，从而提高了CPU利用率。另外，通过数据绑定技术将元数据切片并绑定到不同的CPU核心上，避免了多核心并发访问同一元数据，降低了CPU竞争带来的等待时间，进一步提高了CPU利用率。

其三是智能硬件压缩技术。固定压缩模式是一种预压缩方式，数据经过缓存压缩（专用缓存和压缩芯片）后的压缩数据最终写入磁盘；算法会根据非固定长度的输入产生固定长度的输出，更容易满条带写入，从而提高性能和磁盘空间利用率。浪潮存储基于时序优化策略，可以识别随机热点数据，通过数据本地性原理进行数据存储，进一步提高随机场景下的压缩性能。浪潮存储使用专用的硬件压缩引擎，大量释放了CPU计算资源，最终提高了整个系统的性能。

其四是垃圾回收优化技术。由于SSD固态盘的特殊性质，在长时间的随机读写之后，如果将数据写入非空块，就需要将块中的其他数据读入缓存，擦除整个块，再将数据写入；这种“写放大”会导致性能急剧下降，并影响SSD的寿命。浪潮全闪存储设备利用全局垃圾回收优化，在合适的时机，标记不再使用的数据块，使设备能够自动清空这些数据，进而提高了I/O性能。

其五是满条带写技术。满条带写即将随机小型IO转换为顺序大型IO，然后再进行写入，这样能够减少SSD盘在GC回收空间时的数据迁移，从而缓解了SSD内部的写放大，提高了SSD盘的寿命。浪潮存储采用满条带写技术，消除了Raid校验数据的反复更新，减少了写入磁盘的数据，从而减少了写放大。

其六是元数据优化技术。浪潮全闪存储通过基于全闪卷分配连续的地址，将多个元数据合并为大块IO，然后一起写入磁盘，节省了CPU资源。通过冷热数据分离技术，浪潮存储可以将元数据和用户数据存放在不同的分区中，从而增加分区中数据同时无效的概率，并减少了垃圾回收过程中搬移有效数据的数据量，提高了SSD的性能和可靠性。

其七是数据零检测技术。浪潮存储优先进行数据全零检测。在启用重复删除和压缩模式的情况下，优先比较数据块的指纹值和全零指纹值。如果指纹值相同，则逐字确认数据是否全零。如果确认是全零数据，则仅标记元数据，不进行数据落盘。这样可以节省SSD存储空间，缩短I/O路径并提高系统性能。

总的来说，要想打造内外兼修、软硬皆强的全闪存储，不仅需要在硬件层面采用闪存盘甚至SCM级别的介质，还需要通过软件栈的全面优化来充分发挥高速介质的强大性能。浪潮全闪存储正是如此一种产品，它完美地实现了内外兼修、软硬皆强。正是由于浪潮存储部门的不懈努力，不断在全球存储性能委员会SPC-1的平台上创造一个又一个佳绩：浪潮存储先后刷新了16控制器、8控制器、单位成本性能等三个世界记录。