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(bǔ)齊了DRAM與磁盤之間的需求缺口，重構(gòu)內(nèi)存/存儲層次架構(gòu)，集大容量、經(jīng)濟(jì)性和持久性于一身，幫助用戶優(yōu)化數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用場景需求。為了幫助用戶通過傲騰持久內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新優(yōu)化，助力企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)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VMware vSphere應(yīng)用方案。

　　VMware vSphere 是業(yè)界領(lǐng)先且最可靠的虛擬化平臺之一。vSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件分離出來，可將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為包括 CPU、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的聚合計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)。vSphere將這些基礎(chǔ)架構(gòu)作為一個(gè)統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行管理，并為您提供工具來管理加入該環(huán)境的數(shù)據(jù)中心，從而簡化IT操作，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性、降低IT 硬件和運(yùn)營成本。

　　圖1：VMware vSphere架構(gòu)圖

　　vSphere的兩個(gè)核心組件是ESXi和vCenter Server。ESXi是用于創(chuàng)建并運(yùn)行虛擬機(jī)和虛擬設(shè)備的虛擬化平臺。vCenter Server是一項(xiàng)服務(wù)，用于管理網(wǎng)絡(luò)中連接的多個(gè)主機(jī)，并將主機(jī)資源池化。

　　挑戰(zhàn)：資源需求和成本壓力

　　VMware vSphere虛擬機(jī)可用內(nèi)存由EXSi主機(jī)的內(nèi)存容量定義，而VMware vSphere的內(nèi)存容量受限于服務(wù)器主機(jī)，每一臺服務(wù)器的內(nèi)存插槽數(shù)量、支持內(nèi)存容量等極大的限制了內(nèi)存容量擴(kuò)展，在內(nèi)存容量增長到一定程度后將出現(xiàn)瓶頸。如果要進(jìn)一步對于內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)展，傳統(tǒng)的解決方案一般有兩種方式：一是使用大容量的內(nèi)存條，二是擴(kuò)展服務(wù)器節(jié)點(diǎn)數(shù)量。但是，這兩種方法都帶來成本壓力。對于前者來說，價(jià)格隨容量的提升成指數(shù)級增長；對于后者來說，擴(kuò)展服務(wù)器節(jié)點(diǎn)來提升內(nèi)存池的容量，這樣資源不是按需擴(kuò)展，同時(shí)這些服務(wù)器的采購、空間占用、運(yùn)維、供電成本無疑也會(huì)顯著增加。我們需要更經(jīng)濟(jì)的方式來擴(kuò)展內(nèi)存容量以創(chuàng)建更多的虛擬機(jī)，提升單臺服務(wù)器的資源利用率。

　　英特爾® 傲騰? 持久內(nèi)存創(chuàng)新性解決方案新增內(nèi)存擴(kuò)展方式專為打破服務(wù)器內(nèi)存容量限制而優(yōu)化，補(bǔ)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(jià)值。

　　圖2：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(qiáng)®可擴(kuò)展處理器優(yōu)化，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），以更低的成本提供更大的內(nèi)存容量，無需更改應(yīng)用，并且性能接近 DRAM。

　　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，支持持久內(nèi)存編程，軟件和應(yīng)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(fù)雜性，并充分利用緩存一致性的字節(jié)可尋址特性，將持久內(nèi)存的使用擴(kuò)展到本地節(jié)點(diǎn)之外；App Direct模式提供一致的低延遲，同時(shí)支持更大的數(shù)據(jù)集。

　　圖3：英特爾®傲騰?持久內(nèi)存工作模式

　　PMem與vSphere結(jié)合應(yīng)用中，PMem的MM模式像傳統(tǒng)DRAM內(nèi)存一樣供vSphere使用，提供更大的內(nèi)存容量；PMem的AD模式交由vSphere統(tǒng)籌管理。PMem(AD)映射到VM中有兩種方式：

　　1. vPMEMDisk:vSphere將PMem顯示為連接到VM的常規(guī)磁盤。利用此模式不需要對guest操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序進(jìn)行任何更改。pedis配置僅可在vSphere中使用，而在裸機(jī)操作系統(tǒng)中不可用。

　　2. vPMEM:vSphere將PMem作為NVDIMM設(shè)備呈現(xiàn)給VM。大多數(shù)最新的操作系統(tǒng)（例如，Windows Server 2016和RHEL 7.4）支持NVDIMM設(shè)備，并可將其作為塊或字節(jié)可尋址設(shè)備提供給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序可以通過直接訪問（DAX）文件系統(tǒng)的薄層，或者通過從設(shè)備映射一個(gè)區(qū)域并以字節(jié)可尋址的方式直接訪問它，將vPMEM用作常規(guī)存儲設(shè)備。

　　圖4：vSphere支持PMem架構(gòu)圖

方案實(shí)踐

　　本方案驗(yàn)證英特爾®傲騰?持久內(nèi)存200系列在VMware vSphere平臺下的性能。

BPS模式	對比項(xiàng)	測試項(xiàng)	測試說明
AD	vNVMe vs BPS	TPC-C	分別作為Oracle 19c Redo Log存放介質(zhì)
MM	BPS vs DRAM	TPC-H	啟用Oralce 19c的In-Memory特性，測試TPC-H

表1：方案測試說明表

　　OLTP場景下，VM使用vNVMe、vPMEM（BPS）作為Oracle Redo Log存放介質(zhì)，發(fā)揮PMem的高性能低延遲特性，優(yōu)化提升數(shù)據(jù)庫性能。

　　OLAP場景下，PMem(Memory Mode)直接作為虛擬化平臺內(nèi)存，啟用Oracle 19c的In-Memory功能特性，與DRAM進(jìn)行對比。

　　方案配置

	配置一	配置二
CPU	2*Intel(R) Xeon(R) Gold 6348 CPU @ 2.60GHz 28C
Mem	16*16GB DDR4	16*32GB DDR4
BPS	8*128GB BPS	-
OS Disk	2*480GB SSD(S4510,RAID1)
NVMe	2*P4510 2TB

表2：方案配置對比表

　　測試使用一臺浪潮NF5280M6服務(wù)器，VMware vSphere作為虛擬化平臺，在VM中部署Oracle 19c數(shù)據(jù)庫，使用數(shù)據(jù)庫壓力工具HammerDB測試TPC-C、TPC-H。

　　對比測試中，內(nèi)存及BPS具體插法如下圖：

圖5：方案對比圖

　　測試結(jié)果

　　TPC-C

　　TPC-C測試所得TPM性能結(jié)果見下圖(圖6)：

　　圖6：vNVMe vs vPMem性能對比圖

　　vNVMe、vPMEM分別作為online redo log盤，vPMEM較vNVMe性能平均提升63%。

　　TPC-H

　　TPC-H 取5次測試結(jié)果平均值見下圖（圖7）：

　　圖7：DRAM vs BPS性能對比圖

　　BPS MM模式作為內(nèi)存，較DRAM測試平均用時(shí)長約9%，即BPS MM性能是DRAM的91%。

　　在VMware vSphere的場景下，英特爾®傲騰?持久內(nèi)存AD模式高性能低延遲，有效提高數(shù)據(jù)庫性能；在內(nèi)存模式使用中，獲得了與DRAM相近的性能收益，大幅降低內(nèi)存成本。運(yùn)用英特爾®傲騰?持久內(nèi)存技術(shù)，可以在具有高性能大容量的虛擬環(huán)境中整合平臺上的更多虛擬機(jī)，增加虛擬機(jī)密度，為更多服務(wù)及用戶提供支持。