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TaoCloud FASS 技术白皮书 v1.9.pdf
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更新于2023-05-13
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新一代性能型全闪SDS,本白皮书在全闪存技术发展、产品体系、技术优势等的基础上,从全闪设计哲学、原理架构、XPE加速引擎、定位与对比等方面详细介绍了FASS全闪存储系统,同时完善了TaoCloud块存储线。
资源详情
资源推荐
FASS 分布式全闪存储系统
技术白皮书
北京大道云行科技有限公司
-TaoCloud-
www.taocloudx.com
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目 录
1、 概述 ....................................................................................................................... 2
1.1. 产品简介 ............................................................................................................ 2
1.2. 设计哲学 ............................................................................................................ 3
1.2.1. 性能驱动.................................................................................................. 3
1.2.2. 软件定义.................................................................................................. 4
1.2.3. 分布式体系 .............................................................................................. 4
2、 原理架构 ................................................................................................................ 4
2.1. 逻辑架构 ............................................................................................................ 5
2.2. 数据布局 ............................................................................................................ 7
2.3. 元数据管理 ......................................................................................................... 8
2.4. 负载均衡 .......................................................................................................... 10
2.5. 数据一致性 ....................................................................................................... 11
2.6. 高可用性 .......................................................................................................... 14
2.7. 块存储服务 ....................................................................................................... 15
3、 XPE 加速引擎 ....................................................................................................... 17
3.1. XPE 加速引擎 ................................................................................................... 17
3.2. 分布式微控制器 ............................................................................................... 18
3.3. 并行流水线 ....................................................................................................... 19
3.4. 虚拟内存管理 ................................................................................................... 21
4、 定位与对比 .......................................................................................................... 22
4.1. 传统分布式存储 ............................................................................................... 22
4.2. 全闪存阵列(AFA) ......................................................................................... 23
4.3. 分布式全闪存储 ............................................................................................... 23
5、 总结展望 .............................................................................................................. 25
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1、 概述
1.1. 产品简介
随着闪存技术飞速发展,单块 NVMe SSD 的性能已达到百万级 IOPS,固
态硬盘 SSD 与机械硬盘 HDD 的性能有了天壤之别。传统存储专为 HDD 设计,
其软硬件架构从根本上制约了闪存介质的生产力;基于控制器架构的全闪存阵列
(AFA),虽然针对闪存介质进行了软硬件的优化,有较好的单机性能表现,然
而其有限的扩展能力,使它难已匹配云计算时代的弹性业务场景。采用分布式架
构的全闪存储系统成为企业用户新的选择。
FASS 是北京大道云行科技有限公司(简称 TaoCloud)面向 IO 密集型应用
场景,完全自主研发的分布式全闪存储系统。它采用高性能的全闪存硬件平台,
针对 NVMe 闪存介质设计了高效的分布式存储软件栈,FASS 可将多个节点的
SSD 资源通过高速以太网或 Infiniband 网络组成高性能、高可用、易扩展的块存
储资源池,并通过 iSCSI、iSER、NVMeoF 存储接口对外提供超高性能的存储
服务,可广泛应用于以下各类高性能需求场景。
在线交易系统
大数据分析
4K/8K 视频编辑
业务数据库
云计算基础设施
5G 应用
人工智能
自动驾驶系统
图 1:FASS 主要应用场景
强大的性能:FASS 采用标准服务器硬件(X86 或国产 CPU 服务器平台)
和全 NVMe SSD 配置,通过软件层的 XPE 引擎设计、微控制器技术、轻量
元数据索引等机制,实现了三节点千万级 IOPS 和微秒级延迟。随着集群规
模的扩大,FASS 性能呈线性增长。
可靠的架构:FASS 采用全对称分布式架构,数据分散存储于集群中的不同
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节点,通过多副本和纠删码等数据冗余机制,结合节点级服务高可用设计,
消除了存储系统的单点故障,为业务应用提供持续的高可用存储服务。
大规模扩展:FASS 单卷可达 32PB 容量,支持 3 到 512 节点的 Scale-out
集群弹性扩展。可以通过增加集群节点实现容量与性能的按需扩展,动态满
足业务飞速发展的需要。
图 2:FASS 产品概览
1.2. 设计哲学
1.2.1. 性能驱动
FASS 定位为下一代全闪存储产品,其核心理念即性能驱动数据。对于全闪
存储产品,数据可靠性是基石,而 强大的性能才是改善和加速业务的关键,通过
软件加速,释放出硬件的真正性能,即 FASS 带给用户的核心价值。
由于标准操作系统并非为高并发 I/O 处理而设计,其任务调度、内存管理、
系统调用在高并发 I/O 场景下非常低效,也无法发挥出硬件的真正能力,因此成
为全闪存储系统性能的最大瓶颈。FASS 在设计之初已考虑到该问题,并基于
OS_Bypass 设计进行大量的优化与改进,设计了独有的 XPE 加速引擎以取代操
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作系统的低效调度,结合高效的分布式全闪存储软件栈,FASS 在相对有限的硬
件条件下,也能发挥出超高的 I/O 性能。
1.2.2. 软件定义
在众多 AFA 厂商都在追求高速硬件,甚至采用定制化芯片来尝试改善全闪
存储 I/O 性能时,TaoCloud 始终贯彻软件定义存储的理念,通过极致优化的分
布式存储软件,搭载配置合理的商用服务器硬件,可以实现三节点千万级 IOPS
的惊人性能。当前主流服务器硬件的性能虽然看似普通,但存储软件还远未发挥
出其性能的极限;另外软硬件解耦可以给各类数据中心带来更好的灵活性与经济
性,有利于各类高性能云基础设施的建设。
1.2.3. 分布式体系
FASS 的数据与元数据管理都采用分布式模型设计,通过多个服务器节点组
建集群,每个节点可以既用于数据存储,也可以承载相应的元数据服务,节点间
通过高速网络实现相互协作与通信,可以实现极高的性能叠加。FASS 分布式集
群拥有极高的可靠性,硬盘、节点和网络都可以采用冗余配置,可以轻松应对各
类故障,保障数据完整性和存储服务连续性。
2、 原理架构
FASS 基于标准服务器硬件实现了高性能的分布式块存储服务,各个节点通
过高速网络互联形成存储集群,各个节点上的存储介质、CPU、内存等资源被抽
象整合成块存储资源池,并通过 iSCSI、iSER、NVMeoF 块存储协议对外提供
高性能存储服务。
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刘爱贵
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