使用RDMA加速Ceph存储性能

"Accelarate_ceph_with_RDMA.pdf" 本文档主要探讨了如何通过RDMA（Remote Direct Memory Access）技术加速Ceph存储系统，特别是在使用更快的存储设备（如Optane或AEP）时，如何实现性能的线性增长。Ceph是一款开源的分布式存储系统，广泛应用于云存储、大数据和容器存储等领域。 ### 背景与动机 过去的成果（如在波士顿OpenStack峰会上展示的）表明，基于Optane的全闪存阵列能够提供超过280万IOPS（每秒输入/输出操作次数）的4K随机读取性能，且延迟极低。Optane作为BlueStore数据库驱动，显著降低了4K随机写入的尾部延迟。然而，随着更快存储设备的出现，我们需要一个高性能的网络栈，以实现带宽更高、CPU成本更低和更低延迟的目标，以保持性能的线性增长。 ### CPU分布不均问题 在单个NVMe设备上运行一个OSD（对象存储设备）时，Ceph无法充分利用NVMe的性能，这导致了4K读写操作的延迟。而如果在一个NVMe设备上运行多个OSD，虽然可以极大地提高4K读写的性能，但CPU利用率往往成为瓶颈。下图（源自波士顿OpenStack峰会）展示了不同操作下的CPU开销： - 对于4K随机读，异步消息处理大约占22%-24%的CPU。 - 对于4K随机写，日志移除线程占用约1.85%的CPU，RocksDB（Ceph的数据持久化组件）使用约6%-7%，异步消息处理则占14%-15%。 ### 动机：引入RDMA RDMA允许远程节点直接访问内存，减少了传统网络协议栈中的CPU负担，从而提高了数据传输效率。通过RDMA技术，Ceph可以实现更低的延迟和更高的带宽，更有效地利用硬件资源，特别是对于处理大量I/O操作的存储系统来说，这至关重要。 ### Ceph与RDMA Messenger 将RDMA应用于Ceph的信使层，可以减少CPU的开销，因为RDMA网络接口卡（NIC）可以直接处理数据传输，无需经过操作系统内核。这不仅降低了CPU利用率，还减少了数据传输的延迟，使得Ceph能够更好地适应高速存储设备的性能。 ### Ceph与NVMe-over-Fabrics NVMe-over-Fabrics（NVMe-oF）是将NVMe协议扩展到网络环境的技术，它结合了NVMe的低延迟和高带宽特性以及网络的可扩展性。在Ceph中整合NVMe-oF，可以进一步提升性能，使得多个远程客户端能够高效地访问存储资源。 ### 总结与下一步 通过RDMA和NVMe-oF，Ceph能够优化其性能，尤其是面对高速存储设备时。未来的步骤可能包括持续优化RDMA和NVMe-oF的集成，改进软件堆栈以降低CPU开销，以及探索如何在更大规模的部署中实现这些技术的优势。 总结，RDMA技术为Ceph提供了新的性能提升途径，尤其是在应对高速存储设备时，解决了CPU利用率问题，降低了延迟，提高了整体系统的效率。结合NVMe-oF，Ceph能够构建出一个更高效、响应更快的分布式存储解决方案。