Gimbal：SmartNIC上的多租户存储优化软件交换机

Gimbal是一种专为SmartNIC JBOF (Just-in-Time Operating Firmware) 设计的软件存储交换机，旨在解决新兴分散式NVMe存储环境中多租户服务的挑战。这种创新技术着重于提高存储效率、QoS保障和资源利用率。在SmartNIC有限的计算能力和NVMe驱动器的不确定性下，Gimbal通过以下几个关键技术实现高效多租户管理： 1. 基于延迟的SSD拥塞控制算法：该算法根据实时的IO延迟情况动态调整每个租户的带宽分配，防止单个租户的高负载导致整体系统的性能瓶颈。 2. SSD写入成本动态估计：Gimbal能够精确估计不同写操作对SSD的影响，从而在保证服务质量的同时，优化数据写入策略，降低写入延迟并节省存储资源。 3. 虚拟插槽粒度的公平调度器：通过将物理资源抽象为虚拟插槽，Gimbal实现了按需公平地分配资源给每个租户，确保所有租户都能得到相对平等的服务体验。 4. 端到端信用的流控制通道：通过建立基于信用的机制，Gimbal能够实现实时的流量控制，避免数据包丢失，提升整个系统的稳定性和吞吐量。 Gimbal的原型系统展现了显著的性能提升：它提高了利用率高达6.6倍，尾部延迟降低了62.6%，特别是在复杂工作负载情况下，租户之间的公平性得到了显著增强。此外，对于商业键值存储这类应用，Gimbal带来了吞吐量增长1.7倍和平均尾部延迟下降35.0%的改进。 Gimbal的研究成果发表于ACM SIGCOMM 2021会议上，强调了其在现代数据中心环境中对存储资源管理和性能优化的重要性。该技术不仅关注基础的硬件性能，更聚焦于通过软件智能解决分布式存储环境中的实际问题，这对于推动存储技术的未来发展具有重要意义。