5G商用導致流量爆發式增長，現有網絡以及未來網絡上龐大的數據量不僅對存儲容量提出了更高要求，云計算、在線支付、移動社交等越來越多的實時交互應用對存儲性能也提出了更加苛刻的要求。為滿足以上應用要求，客戶越來越傾向于使用全閃存存儲。

全閃存存儲面臨的需求及挑戰

云計算、在線支付、移動社交等應用，業務不同負載特性也不同，對存儲的要求也差異較大，這些業務對全閃存存儲的設計提出了相應的需求及挑戰。

性能要求：由于閃存盤具備低IO訪問延時，高隨機IO性能的特點，因此客戶全閃存存儲必須能充分發揮閃存盤的特點，具備高帶寬、低延時處理能力，對全閃存存儲軟件流程要求較高。

成本要求：雖然閃存盤成本逐年下降，但和機械盤相比同等容量下價格還是要高出幾倍，對客戶而言全閃存存儲的投資成本還是過于高昂，因此要求全閃存存儲能提供相應的機制來有效降低成本。

壽命要求：閃存盤由于其特殊的架構導致其讀寫機制有寫放大效應，此效應對閃存盤壽命有極大的影響，因此全閃存磁陣必須有很好的閃存盤壽命管理能力。

中興通訊全閃存存儲產品KF8200

KF8200為中興通訊新一代全閃存存儲產品，KF8200提供了高至百萬級IOPS、低至百微秒延時的數據服務，為客戶帶來極致體驗。同時，KF8200能支持在線數據去重、在線數據壓縮，滿足極速數據服務的基礎上，為用戶提供穩定、安全的性能保證。

KF8200控制器采用高性能多核處理器，雙控節點最高提供TB級的超大高速緩存。整機3U高度提供30個NVMe盤位高密存儲能力。

KF8200支持多種接口閃存盤，通過NVMe SSD、SAS SSD不同硬盤類型的靈活組合，使用有限的投資獲得更大的容量和更高的IO性能。

KF8200支持多塊高密IO接口卡，支持10Gb ETH、16Gb FC、32Gb FC、25Gb ETH、50Gb ETH和100個ETH接口，滿足不同應用需求。

KF8200可以雙控節點為單位進行橫向擴展，達到性能和容量的線性增長。最大支持16個節點，多節點之間通過以太網交換實現 Scale-out 。

由于閃存盤低IO訪問延時，高隨機IO性能的特點導致軟件延時占比占整個IO路徑時延顯著增大；同時性能瓶頸則轉移到存儲控制器上，傳統的機械盤陣軟件棧效率難以充分發揮閃存盤的優點，因此KF8200針對全閃存盤的特點由下而上對存儲軟件進行了重構。

全新架構

為提升效率，降低IO時延，KF8200采用了全新多核運行架構，處理器上每一個核都綁定一個處理線程，該線程完整處理一個IO從前端端口到后端介質的全流程，避免在多個核之間轉移處理，從而將OS調度的時延開銷壓到最低。

相應的，為消除多線程之間資源沖突，系統資源采取了全分布式設計，除少量靜態全局數據外，關鍵數據結構都與處理線程邏輯綁定，使得多核性能可以隨著核數增加而近似線性提升。

IO優化

傳統盤陣IO棧算法的核心在于針對介質特點對應用IO請求進行整形和調度，最大限度發揮介質能力。閃存介質與機械盤的IO特征存在顯著不同，傳統盤陣軟件棧圍繞機械盤特性做的優化措施，反而會阻礙和限制閃存性能的發揮。因此，KF8200產品針對全閃設計全新的IO算法。

相比機械盤，閃存介質隨機IO性能要高出幾個數量級，而順序IO能力的提升則相對較小。針對機械盤的IO合并和排序算法，對于全閃機制來說收益不大，而且還引入了額外的時延，需要去掉或優化，例如通過智能識別IO特征來確定IO使用或者繞開讀寫緩存。

閃存盤和機械盤的內部構造有本質不同，單電機驅動的機械結構決定了機械盤無法支持高并發的IO訪問，而閃存盤內部多顆粒完全并發能夠顯著提升吞吐能力。KF8200軟件在數據分布，IO調度上針對閃存介質做了充分適配，可顯著提升系統性能。

壽命優化

KF8200針對系統中存儲介質空間內建細粒度索引，同時使用ROW機制寫入，使得所有寫入介質的IO在物理地址連續，局部到每個擦寫塊上，都是順序滿塊寫入，基本消除非滿條帶小數據塊的原地覆蓋寫；全局的垃圾回收機制可達成介質上每個擦寫塊都是在寫滿或者接近寫滿狀態下進行擦除，二者結合可以極大降低IO寫放大，從而成倍提升介質壽命。

所有的寫IO在各盤之間合理均衡調度，使得存儲池中的盤使用壽命盡量維持均衡，避免部件提前失效；在系統介質壽命尾期，可以通過對部分盤加大寫入量來加速個別部件失效，以防止批量部件失效導致服務中斷或數據丟失。

系統管理軟件保持對所有的閃存盤定期檢測，對使用壽命做出智能預測，并在故障發生前轉移數據，降低故障影響。

能耗優化

閃存盤與機械盤能耗管理方式雖然大不相同，但目標都是根據外部負載情況來調整工作狀態，在存儲性能和能耗之間均衡。機械盤能耗管理帶來的負面作用比較明顯，例如會大大增加極端情況下IO延時，因此只能用在特定場景（例如備份，視頻監控等）中，而閃存盤的能耗控制則更為靈活也更實用。

KF8200在能耗管理策略上給用戶提供多種選擇，例如限制系統功耗門限，根據負載自動調整最佳功耗等，可以在應用基本無感知情況下有效減低系統能耗，從而降低用戶使用成本。

數據空間效率優化

數據去重和壓縮在特定應用場景下可以有效提升存儲空間利用效率，降低單位數據存儲成本，在閃存介質相比機械盤成本依然較高的當下，壓縮去重功能大大促進了全閃存存儲的市場接受度。

KF8200實現了在線的基于細粒度數據塊數據壓縮和去重功能，并可選配置專用硬件加速卡，保證了壓縮去重功能開啟后的IO性能無明顯減低。實測在典型OLTP應用，有效空間可提升3~10倍；在典型VDI等虛擬化應用中，有效空間可提升5~20倍。

KF8200默認支持精簡卷功能，按實際寫入數據量分配物理空間。如前述，精簡卷功能可以提升空間效率，簡化用戶容量規劃和配置，減少用戶投資。

結語

中興通訊全閃存存儲KF8200提供了高性能的數據處理、大容量的數據存儲、高帶寬低延時的IO能力，為企業物聯網、云數據中心、大數據分析以及人工智能面向未來存儲的需求，提出了更新的解決方案。

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