Gimbal：SmartNIC JBOF上的多租户存储优化与效率提升

本文主要探讨了在SmartNIC JBOF（即集成了网络接口卡功能的固态存储优化加速器）平台上实现高效多租户存储分解的新方法，名为Gimbal。Gimbal由华盛顿大学的研究团队开发，包括闵在宏、明柳、魏家骏等学者，合作与三星电子的仁焕多共同研究。 随着SmartNIC的兴起，它们以其卓越的IO性能和低成本潜力成为分布式NVMe存储的重要组成部分，尤其在面对多个共存应用程序需求时。然而，由于SmartNIC的计算资源有限和NVMe驱动器的不确定因素，为这些应用提供公平性、服务质量（QoS）和高利用率的存储管理是一项挑战。 Gimbal的核心技术包括： 1. 基于延迟的SSD拥塞控制算法：通过实时监控和分析IO操作的延迟，该算法能有效地调整资源分配，防止系统过载，从而提高整体性能并减少队列堆积。 2. 动态SSD写入成本估计：通过精确估算不同数据写入操作的成本，Gimbal能够优化写入策略，确保各个租户的服务质量。 3. 虚拟插槽粒度的公平调度器：采用虚拟化的资源管理方式，按需分配存储资源，确保每个租户都能获得相对公平的服务，即使在竞争激烈的环境中也能维持性能平衡。 4. 端到端信用的流控制通道：通过这种机制，Gimbal能够在不增加额外开销的情况下，提供可靠的数据传输，避免数据丢失，增强系统的稳定性和可靠性。 Gimbal的原型系统在实验中展示了显著的优势：首先，它提高了存储利用率，达到了6.6倍的提升；其次，尾部延迟也得到了明显改善，降低了62.6%。对于复杂的多租户工作负载，Gimbal提升了商业键值存储性能，吞吐量提升高达1.7倍，平均尾部延迟减少了35.0%。 这项研究不仅关注技术层面的解决方案，还符合信息系统和硬件领域的研究趋势，特别是关于闪存存储管理和外部存储技术的发展。其ACM参考格式表明，该成果已在2021年的ACM SIGCOMM会议上发表，强调了在不断发展的云计算环境中，SmartNIC JBOF的多租户存储优化技术对于未来基础设施设计的重要性。