服务器虚拟化加速解决方案

服务器虚拟化带来的挑战

服务器虚拟化让CPU、内存、磁盘、I/O 等硬件变成可以动态管理的“资源池”,在一台物理服务器上承载多个逻辑独立、资源共用的虚拟机系统,并发运行不同业务,从而提高了资源的利用率,简化了系统管理,同时降低了数据中心的运维成本,让IT 对业务的变化更加迅速、便捷。
服务器虚拟化的初衷是为了提升服务器核心资源CPU 的利用率,经过虚拟化之后,服务器的CPU 利用率一般可从平均的15% 提升到75% 左右,物理内存也可以通过内存页共享、内存ballooning、内存压缩等技术达到最佳的利用。然而,最终承载虚拟机及业务系统的存储系统,在虚拟化前已经利用饱和,在虚拟化后被众多的虚拟机及业务系统共享的使用,使得同一台服务器上多个虚拟机中的业务及应用的性能和体验,存在巨大的挑战。

VMware ESXi极大的提升了服务器的CPU 及内存资源的利用率,并使得数据中心的资源能够更好的动态调度、按需分配。然而部署在虚拟化环境下的业务系统,对总体存储性能的需求被进一步放大,存储性能已经成为制约虚拟机上运行的业务系统高效运转的最大因素。

传统解决方案

VMware 服务器解决方案,大部分场景会在虚拟机上部署Oracle、Exchange Server、OA、SAP、Web Server 等重I/O 负载的业务系统,这对存储系统的性能提出了极高的需求,服务器自身的存储系统,尽管使用RAID 增强的方式也无法满足这一需求,传统的方案下,不得不通过部署高速的SAN 存储来解决这一挑战:

然而SAN 存储昂贵的价格,复杂的部署、维护与管控,较差的扩展性,都使得这一解决方案无法全面满足服务器虚拟化带来的挑战。 

闪存卡解决方案(直接存储)

传统的ESXi下部署虚拟机的方式是直接将虚拟机部署于本地机械存储中或SAN 存储中,本地存储的低性能及SAN 存储的高成本,都使得这两种方案无法满足虚拟机对性能及成本的总体需求。在部分应用场景中( 需要高性能虚拟机,对HA 等迁移功能没有需求),我们可以通过将虚拟机直接部署在高速的PCIe存储中,以确保虚拟机及其上业务系统获得极高的性能体验。

闪存卡解决方案(缓存)

闪存卡还可以成为服务器上众多虚拟机的Cache,以显著提升所有虚拟机整体系统的读、写速度,该方案可以通过ESXi自带的Flash Read Cache 完成,也可以通过专门的Cache 软件完成,不仅可以解决物理服务器的内存压力,同时确保虚拟机在读应用频繁的业务场景下也可获得最佳用户体验。

闪存卡解决方案(VSAN)
VMware 推出的VSAN 解决方案,摒弃了共享SAN 存储复杂、昂贵的架构体系,确保在使用本地HDD 存储获得存储容量保证的基础上,使用SDD 存储获得相当于、甚至高出于SAN 存储的存储性能。加上VSAN 的资源池化和动态调度技术,同时确保了ESXi诸如DRS、HA、FT 等功能在VSAN 场景下的高效可用,并达到架构精简、成本优化的目标。
闪存卡在此解决方案中,可以最大化的为VSAN 提供最高效的存储性能,以获得VSAN 整体方案的最大价值。

降低总体拥有成本
在ESXi环境下,传统机械硬盘类型的存储,已经无法满足众多虚拟机对存储性能的需求,PCIe闪存卡在虚拟化环境下的性能表现,直接决定用户的方案、部署、总体成本等,下表详细的比较了闪存卡在ESXi环境下实测的性能对比数据:

4KB 随机读写的比较,1 块闪存卡的性能>100 块SAS HDD 的性能
64KB 随机读写的比较,1 块闪存卡的性能>10 块SAS HDD 的性能

大幅度减少机械存储数量
对于服务器上部署的虚拟机,如果运行数据库,诸如Oralce或Mysql等,需要数据库的载体存储有极大的性能才能很好的支撑数据库的业务。下图对比显示了对数据库有高IO 需求情况下,部署HDD、SAT ASS 及PCIe SSD 的存储需求:

IOPS HDD硬盘 SATA SSD Pblaze3闪存卡
200,000 1000块 10块 1块

对于服务器上部署的虚拟机,如果作为CDN 使用,诸如下载、视频或HTTP 主站等,需要存储设备有极高的传输带宽,才能更好的满足多用户并发访问CDN 的需求。下图对比显示了对CDN 读带宽有较大需求的虚拟机场景下,部署HDD、SATA SSD 及PCIe SSD 的存储需求:

 

Throughput HDD硬盘 SATA SSD Pblaze3闪存卡
20GB/S 20块 5块 1块

虚拟化环境下:

  • HDD 硬盘以一般SAS 15000 RPM, IOPS 为200 左右,带宽100MB/s 左右
  • SATA SSD 一般IOPS 20,000 左右,带宽400MB/S 左右
  • PCIe IOPS > 200,000,带宽> 2GB/s




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