IaaS中的统一存储：从设计到实现

转自：https://www.ustack.com/blog/tycc/

“原生的OpenStack并不支持统一存储，云主机服务Nova、镜像服务Glance、云硬盘服务Cinder的后端存储各不相同。这样的设计缺乏合理的横向扩展性，当系统压力增大时，必然会出现各种问题。”UnitedStack资深存储研发工程师孟圣智在51CTO举办的WOT活动中表示，“这也是我们在构建云平台的时候，重新对存储进行设计，实现了统一存储的初衷。目前，UOS云平台所有的数据都在Ceph的资源池里，包括创建虚拟机，迁移，扩容，缩容等所有的操作都可以避免数据的传输。”

优化的效果

每个云硬盘最大支持 6000 IOPS和170 MB/s的吞吐率，95%的4K随机写操作的延迟小于2ms 。

所有数据都是三副本，强一致性，持久性高达10个9。

创建、删除、挂载、卸载实现秒级操作。

实时快照。

提供两种云硬盘类型，性能型和容量型。

统一存储架构的再设计

“原生的OpenStack中缺乏统一存储，后果是内耗严重，单纯从创建虚拟机虚拟机这一操作来看，通常需要1~3分钟。” UnitedStack通过将Ceph统一作为Nova/Glance/Cinder的存储后端，基于COW的卷创建和快照操作，实现了虚机的秒级创建。除此之外，还解决了虚机漂移和启动风暴等问题。

如何优化操作系统和Qemu

“除了架构设计将存储统一到Ceph，实现资源池化之外。对于操作系统和QEMU的优化也非常必要。”具体的优化主要包括以下方面：

优化操作系统

CPU

关闭CPU节能模式

使用Cgroup绑定Ceph OSD进程到固定的CPU Cores上

Memory

关闭NUMA

设置vm.swappiness=0

Block

设置SSD的调度算法为deadline

FileSystem

设置挂载参数”noatime nobarrier”

优化Qemu

Throttle: 平滑的I/O QoS算法

RBD: 支持discard和flush

Burst: 支持突发请求

Virt-scsi: 支持多队列

优化的重点：针对Ceph的七剑

“相对于针对操作系统和Qemu的优化而言，对Ceph的优化才是重中之重。针对Ceph的优化是一个长期摸索的过程，实际上，很多问题也是在平台长时间运营、规模逐渐扩展之后才暴露出来的。在UnitedStack的运营过程中，我们总结出以下七个方面。”

1. 增大文件标识符数量，将文件名描述符全部缓存在内存里；
2. 启用Ceph的Sparse Write，并对XFS进行patch解决fiemap的BUG；
3. Ceph的默认参数并不适合SSD，按照SSD的要求进行参数调优；
4. 打开RBD Cache，可以获得明显的性能提升；
5. 通过选择性的延长特性线程的活跃时间，大大减少Context Switch的次数，降低I/O延迟；
6. 针对Simple Messenger线程数过多、延迟较高的问题，开发了Async Messenger组件，实现更低的延迟，并大大减少了线程数；
7. Ceph默认的Cache机制并不适合UnitedStack的缓存特点，引入RandomCache解决这一问题，Cache访问速度比社区版本提高一个量级。

孟圣智在WOT分享的内容详见PDF：IaaS中的统一存储：从设计到实践