英特爾® 傲騰? 持久內(nèi)存是一款革命性的持久內(nèi)存產(chǎn)品，補齊了DRAM與磁盤之間的需求缺口，重構內(nèi)存/存儲層次架構，集大容量、經(jīng)濟性和持久性于一身，幫助用戶優(yōu)化數(shù)據(jù)中心基礎設施，滿足大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫、云與虛擬化、分布式存儲等多種應用場景需求。為了幫助用戶通過傲騰持久內(nèi)存來實現(xiàn)應用創(chuàng)新優(yōu)化，助力企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)性能突破，浪潮發(fā)布了基于英特爾® 傲騰? 持久內(nèi)存的多種場景方案，本方案是基于英特爾® 傲騰? 持久內(nèi)存200系列的MemKeyDB應用方案。

　　Redis是一個高性能的鍵值分布式數(shù)據(jù)庫，具有微秒級的數(shù)據(jù)存取速度，廣泛應用于游戲、視頻、新聞、導航等領域。在Linux Kernel 5.1版本之后支持KMEMDAX機制，這種機制把持久內(nèi)存作為易失性內(nèi)存使用，將持久內(nèi)存接入內(nèi)存管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可以被分類存儲進DRAM或者持久內(nèi)存，避免DRAM耗盡，保持最佳性能運轉(zhuǎn)狀態(tài)。MemKeyDB基于Antirez維護的Redis核心代碼，依賴互聯(lián)網(wǎng)客戶積極貢獻代碼，滿足中國互聯(lián)網(wǎng)客戶快速迭代、解決業(yè)務中痛點的需求而產(chǎn)生的一個Redis分支版本，它實現(xiàn)了通過動態(tài)閾值算法來控制數(shù)據(jù)的分布。

　　挑戰(zhàn)：內(nèi)存成本限制了容量擴展

　　MemKeyDB的強勁性能很大程度上是由于其將所有數(shù)據(jù)都存儲在內(nèi)存中，MemKeyDB的可用內(nèi)存受限于服務器對于內(nèi)存容量的支持，這導致MemKeyDB出現(xiàn)部分數(shù)據(jù)不能存儲在內(nèi)存中，溢出到磁盤，MemKeyDB性能優(yōu)勢將無法充分發(fā)揮的情況。

　　傳統(tǒng)的解決方案是利用MemKeyDB的集群功能來解決內(nèi)存不足的問題，但這樣意味著企業(yè)要采購大量的內(nèi)存，而且為了擴展內(nèi)存，企業(yè)將不得不部署更多的服務器，這增加了企業(yè)的成本壓力。

　　 英特爾® 傲騰? 持久內(nèi)存創(chuàng)新性解決方案新增內(nèi)存擴展方式專為打破服務器內(nèi)存容量限制而優(yōu)化，補齊了DRAM內(nèi)存與磁盤之間的需求缺口，打造高性能、大容量的持久內(nèi)存層，有助于更加高效地挖掘數(shù)據(jù)的潛在價值。

　　

　　圖1：英特爾® 傲騰? 持久內(nèi)存存儲層

　　英特爾®傲騰?持久內(nèi)存新一代產(chǎn)品200系列(Barlow Pass，即BPS)基于第三代英特爾®至強®可擴展處理器優(yōu)化，同樣需要與傳統(tǒng)的DDR4 DRAM共存，容量有128GB、256GB和512GB三種，相對于上一代100系列產(chǎn)品,Ice Lake平臺單顆CPU容量最大支持到4TB，內(nèi)存頻率提升至3200MT/Sec，單通道平均性能提升25%。

英特爾®傲騰?持久內(nèi)存200系列具有兩種工作模式：內(nèi)存模式（MM）和App Direct 模式（AD）

　　內(nèi)存模式，CPU內(nèi)存控制器將所有英特爾®傲騰?持久內(nèi)存200系列視為易失性系統(tǒng)內(nèi)存（無數(shù)據(jù)持久性），將DRAM用作高速緩存，無需更改應用即可提供較多內(nèi)存容量，并且性能接近 DRAM，能夠以更低的成本提供更大的內(nèi)存容量。

　　App Direct模式，能夠?qū)崿F(xiàn)較大內(nèi)存容量和數(shù)據(jù)持久性，軟件可以將DRAM和英特爾®傲騰?持久內(nèi)存作為內(nèi)存的兩層進行訪問。支持持久內(nèi)存編程，軟件和應用能夠直接與英特爾®傲騰?持久內(nèi)存通信，降低了堆棧的復雜性，利用緩存一致性、字節(jié)可尋址特性，提供低延遲，支持更大的數(shù)據(jù)集。

　　

　　圖2：英特爾®傲騰?持久內(nèi)存工作模式

　　本方案使用傲騰持久內(nèi)存來擴展內(nèi)存容量，以解決服務器內(nèi)存不足的問題。 Linux Kernel 5.1以后，支持KMEMDAX， AD模式可以將管理的持久內(nèi)存空間交給MMU（內(nèi)存管理單元）管理，這樣從系統(tǒng)中可以將持久內(nèi)存作為一個和DRAM相類似的匿名空間，持久內(nèi)存作為一個較慢，較大的內(nèi)存節(jié)點。系統(tǒng)中持久內(nèi)存和DRAM同時存在，將MemKeyDB的索引數(shù)據(jù)放到DRAM中，而將用戶數(shù)據(jù)放到持久內(nèi)存。使用動態(tài)閾值管理數(shù)據(jù)分布，即可以保證較小的索引數(shù)據(jù)和生命周期較短并頻繁訪問的數(shù)據(jù)盡量放到內(nèi)存中，又可以保證DRAM和持久內(nèi)存符合一定的容量比例，從而達到保障性能的前提下，降低系統(tǒng)TCO的目的。

　　

圖3：BPS內(nèi)存擴展方案與DRAM方案對比

方案驗證：性能不變，成本降低

本次使用Benchmark測試了MemKeyDB在DRAM和PMem平臺下的性能

	配置項	BPS	DRAM
硬件配置	CPU	2*Icelake 6348 2.60GHz（112 vcore）
	Memory	256G（16*16G DDR4）	1T（32*32G DDR4）
	Apache Pass	1T（8*128G） App Direct
	Disk Drive	2*480T SSD
	Network	2*10Gbps

表1：方案對比配置

測試結果

　　

　　圖4：DRAM vs BPS（8+4）測試結果對比

測試結果說明，MemKeyDB開啟同樣實例數(shù)的場景下，BPS在延遲和吞吐量方面與DRAM基本相當，可以達到DRAM的97%以上。

　　在MemKeyDB應用下BPS的性能和穩(wěn)定性優(yōu)異，英特爾傲騰持久內(nèi)存提供了高性價比的內(nèi)存擴展方案讓MemKeyDB使用更多的內(nèi)存,可用內(nèi)存容量提升25%，并顯著降低內(nèi)存成本。