北京2021年2月1日 /美通社/ -- 眾所周知，如今我們正身處信息爆炸的時代，隨著新基建的逐步深入，各行各業(yè)都在快速推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，隨之誕生的各類創(chuàng)新技術(shù)層出不窮。這些新技術(shù)的發(fā)展，大多都圍繞著海量數(shù)據(jù)這個主題展開。如人工智能，就是以海量數(shù)據(jù)為生產(chǎn)要素；5G技術(shù)的成熟應用，為海量數(shù)據(jù)快速生成與傳輸筑造了通路基礎(chǔ)，區(qū)塊鏈又為海量數(shù)據(jù)的去中心化交易提供了技術(shù)支撐。此類新技術(shù)的應用與推廣必然帶來海量數(shù)據(jù)的規(guī)?；奂瑪?shù)十甚至數(shù)百PB的存儲系統(tǒng)，將成為業(yè)界常態(tài)。應對海量存儲壓力，絕是不僅僅靠設(shè)備堆砌來解決容量問題這樣簡單。容量的上的疊加也將引發(fā)技術(shù)的質(zhì)變，存儲系統(tǒng)面臨諸多關(guān)鍵技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
曙光是國內(nèi)第一家專注海量存儲系統(tǒng)研制的廠商，2009年第一代全自研ParaStor分布式存儲系統(tǒng)誕生，奠定了構(gòu)建海量數(shù)據(jù)存儲最佳解決方案的基石。同年，曙光為用戶構(gòu)建了當時國內(nèi)最大的16PB單一存儲系統(tǒng)。在10多年的發(fā)展過程中，曙光始終圍繞海量分布式存儲系統(tǒng)進行架構(gòu)的深度優(yōu)化甚至局部重構(gòu)，以應對云、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)帶來的海量數(shù)據(jù)新的挑戰(zhàn)。今天，曙光ParaStor在科研教育、氣象環(huán)保、生命科學、能源、區(qū)塊鏈等領(lǐng)域打造了一個又一個海量存儲最佳實踐，完成了從單套系統(tǒng)23PB、56PB到百PB級別的自我技術(shù)超越，獲得了市場的高度認可。
基于多年技術(shù)積累以及多套百PB級別超大規(guī)模存儲系統(tǒng)研制和運維經(jīng)驗，曙光公司認為，只有擁有如下核心技術(shù)研發(fā)實力，才能更好的應對各行業(yè)海量數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)。
先進、創(chuàng)新的底層存儲技術(shù)基座
在基礎(chǔ)架構(gòu)層面，傳統(tǒng)集中式存儲架構(gòu)由于Scale-up擴展方式的局限性，無法對海量數(shù)據(jù)的容量與性能需求實現(xiàn)良好的支撐，天然適合此類場景分布式存儲架構(gòu)逐漸成為市場主流。為了應對海量存儲的挑戰(zhàn)，曙光ParaStor除了采用分布式架構(gòu)之外，還可靈活選擇對稱與非對稱部署兩種模式，以更具性價比的硬件構(gòu)建成本，支撐千億級別文件、EB級存儲空間的擴展需要。
除了架構(gòu)之外，決定存儲系統(tǒng)先進性的另一關(guān)鍵要素是底層數(shù)據(jù)管理技術(shù)。目前業(yè)界分布式存儲系統(tǒng)，大多采用ext4、xfs等開源文件系統(tǒng)進行底層磁盤管理，以降低代碼開發(fā)量，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。但這種間接的磁盤管理方式，無法更直接、高效地發(fā)揮磁盤性能。特別是在配置了數(shù)千甚至上萬塊磁盤的海量存儲系統(tǒng)中，單個磁盤的性能衰減會成指數(shù)級放大，最終影響存儲系統(tǒng)的整體性能和可靠性。為解決這個難題，曙光在ParaStor上創(chuàng)新性地開發(fā)了OBS本地對象管理系統(tǒng)。利用OBS可以精細化控制磁盤IO，使應用層的多個小隨機IO智能組合為大的順序IO，減少磁盤操作，使數(shù)據(jù)布局和負載更均衡，顯著提升多事務(wù)并發(fā)、IO異步處理等海量數(shù)據(jù)應用場景的系統(tǒng)性能。并為熱點數(shù)據(jù)加速、自動分層、重刪壓縮等進階數(shù)據(jù)管理服務(wù)的高效運行打下了良好的基礎(chǔ)。
海量并發(fā)應用場景下的深度性能優(yōu)化
海量數(shù)據(jù)應用場景下，應用IO模型復雜多樣、文件粒度差異很大，為了匹配不同應用對帶寬、IOPS、延時的個性化需求，要求存儲系統(tǒng)具備從磁盤管理、網(wǎng)絡(luò)層到協(xié)議層整個IO路徑上的深度優(yōu)化能力。同時，隨著參與數(shù)據(jù)存儲和處理節(jié)點數(shù)量的增加，由此帶來的資源開銷也會攀升，同樣需要針對性的優(yōu)化設(shè)計。
從建設(shè)成本角度考量，海量存儲系統(tǒng)仍以機械磁盤為主角。機械磁盤由于尋址方式的物理設(shè)計，在處理隨機小文件IO時會有先天的性能劣勢，單純依靠硬盤數(shù)量的增加無法應對海量小文件的性能挑戰(zhàn)。曙光ParaStor基于底層OBS管理系統(tǒng)實現(xiàn)與閃存介質(zhì)的深度融合，使用少量閃存高效覆蓋熱點IO需求，另一方面通過小IO合并、元數(shù)據(jù)緩存、動態(tài)智能預讀等多種方式，顯著提升海量大、小文件混合應用場景的整體用戶性能體驗。
同時，曙光ParaStor通過高性能網(wǎng)絡(luò)Infiniband RDMA協(xié)議支持、專屬高性能POSIX客戶端等技術(shù)，針對具體的應用場景，單流帶寬可優(yōu)化至18GB/s，在首屆中國海量存儲系統(tǒng)MassStor100排行榜中，一套裸容量為100PB的存儲系統(tǒng)，其系統(tǒng)聚合帶寬高達1TB/s，代表了業(yè)界最高水準。
隨著存儲系統(tǒng)規(guī)模的擴大，存儲客戶端對于CPU等資源的占用、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的負載和管理壓力也會增加，一旦某個節(jié)點由于上述原因出現(xiàn)阻塞，將對存儲系統(tǒng)的性能甚至可用性造成重大影響。曙光ParaStor分布式存儲系統(tǒng)，針對大規(guī)模集群的資源占用進行了多重細粒度的優(yōu)化措施，保障了存儲系統(tǒng)性能的恒定發(fā)揮和數(shù)據(jù)訪問的可用性。
超大規(guī)模下的數(shù)據(jù)一致性和可靠性保障
在數(shù)據(jù)一致性保證層面，海量存儲系統(tǒng)必然伴隨著大量客戶端的并發(fā)訪問需求。通過軟件層面的高效調(diào)度，保障所有客戶端數(shù)據(jù)訪問的強一致性，避免對同一文件的并發(fā)讀寫對彼此數(shù)據(jù)的破壞，是一個成熟海量存儲系統(tǒng)的必備素質(zhì)。ParaStor存儲在分布式鎖（Distributed Lock Management，DLM）的使用與優(yōu)化方面投入了大量精力，不斷提升大規(guī)模分布式鎖獲取與釋放的性能與可用性，并增加了可重入、非阻塞等特性，有效保障高并發(fā)共享訪問場景的順序、秩序與效率，在氣象環(huán)保、能源地質(zhì)等海量數(shù)據(jù)處理場景得到了廣泛的應用。
在可靠性保障方面，硬件單點故障的防范只是海量存儲系統(tǒng)的初級需求，智能化故障預處理與高效無感知的系統(tǒng)自愈才能讓系統(tǒng)真正可靠穩(wěn)定運行。以磁盤為例，對于磁盤的單點故障，我們可以通過成熟的多副本、糾刪碼、RAID等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)，對于中小規(guī)模存儲系統(tǒng)，磁盤故障屬于小概率事件，用戶只需要在某一段時間內(nèi)對前端業(yè)務(wù)性能與重構(gòu)性能做簡單取舍即可。但對于一個管理著上萬塊磁盤的百PB級海量存儲系統(tǒng)而言，意味著平均每天會有約2-5塊磁盤故障，存儲系統(tǒng)大部分時間內(nèi)都處于業(yè)務(wù)與重構(gòu)的資源爭用狀態(tài)。如果沒有妥善的處理方式，用戶每天都會面臨著要保障生產(chǎn)業(yè)務(wù)性能還是保障數(shù)據(jù)安全的靈魂拷問。曙光ParaStor存儲系統(tǒng)為大集群場景定向開發(fā)了內(nèi)部資源動態(tài)調(diào)度管理算法，在充分發(fā)揮硬件處理能力的基礎(chǔ)上有效避免資源爭搶，同時通過多重技術(shù)顯著縮短故障數(shù)據(jù)重建時間，解決了性能與可靠性沖突這個海量存儲故障處理的主要矛盾。
智能化運維挑戰(zhàn)上千節(jié)點的管理
在運維管理方面，維護由數(shù)百甚至數(shù)千節(jié)點構(gòu)成的海量存儲系統(tǒng)，僅靠傳統(tǒng)的管理方式顯然是不可行的，各節(jié)點間的信息實時同步開銷會成為存儲系統(tǒng)的不可承受之重。曙光ParaStor在集群通信管理模塊中，將節(jié)點按照不同角色抽象成多個管理分組，以分組為單位進行管理信令交互，增大了信息傳遞顆粒度以降低通信頻度，實現(xiàn)管理流量的去中心化錯峰交互，集群信息秒級同步，使系統(tǒng)中所有節(jié)點都能“統(tǒng)一思想，明確目標”，提升存儲系統(tǒng)的整體戰(zhàn)斗力。
積土成山，風雨興焉；積水成淵，蛟龍生焉。正如常規(guī)軟件處理方式無法應對巨量數(shù)據(jù)集合的捕捉、管理與計算，而必須引入大數(shù)據(jù)等新型數(shù)據(jù)處理模式一樣，海量數(shù)據(jù)存儲在基礎(chǔ)架構(gòu)、數(shù)據(jù)管理、性能優(yōu)化、數(shù)據(jù)一致性、可靠性保障、運維管理等需求也需要全方位的定向深度優(yōu)化才可能完美承載。曙光ParaStor在海量存儲領(lǐng)域持續(xù)深耕，正在為全國數(shù)千家用戶管理著超過10EB的核心數(shù)據(jù)，為云計算、軌道交通、氣象環(huán)保、基因測序、能源勘探等行業(yè)用戶的海量數(shù)據(jù)管理提供了堅實穩(wěn)定的保障。放眼未來，曙光存儲將繼續(xù)總結(jié)與吸收海量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)優(yōu)化與運維過程中積累的寶貴經(jīng)驗，并在數(shù)據(jù)全生命周期管理，在線實時數(shù)據(jù)處理，以及與區(qū)塊鏈、AI、容器等新興技術(shù)深度融合等方面加強投入，為用戶提供更快速、更可靠、更智能、更便捷的一站式數(shù)據(jù)管理服務(wù)。
