基于英特尔® 傲腾? 长期内存100系列的Memcached计划实践—AD模式

　　英特尔® 傲腾? 长期内存是Intel在2019年宣布的一款革命性的产品，英特尔® 傲腾? 长期内存是一种全新的内存类型，其架构设计旨在从数据中心中罗致更多价值，重构数据中心内存/存储条理结构。差别于古板的DRAM，英特尔® 傲腾? 长期内存集大容量、经济性和长期性于一身，能够支持数据中心多个应用场景。豪运国际基于英特尔® 傲腾? 长期内存做了大宗的应用场景解决计划，笼罩大数据剖析、数据库、云与虚拟化、漫衍式存储等应用场景。为了资助用户通过越发无邪的架构来实现立异型的应用，助力企业实现性能突破，豪运国际宣布了基于英特尔® 傲腾? 长期内存手艺的Memcached应用计划。

　　Memcached是以LiveJournal旗下Danga Interactive公司的Brad Fitzpatric为首开发的一款软件。它是一个内存key/value存储，用于存储来自数据库挪用、API挪用或页面渲染的恣意小数据块（字符串，工具）。Memcached简朴但功效强盛。 其简朴的设计可增进快速安排，易于开发，并解决了大型数据缓存面临的许多问题。 它的API适用于大大都盛行语言。现在已成为mixi、hatena、Facebook、Vox、LiveJournal等众多服务中提高Web应用扩展性的主要因素。为了资助企业化解由于数据快速增添所泛起的 Memcached性能和容量瓶颈，豪运国际举行了基于英特尔® 傲腾手艺的 Memcached性能优化实践，通过将英特尔® 傲腾?长期内存作为Memcached缓存，相比于古板的 DRAM 内存计划，在包管了高性能的条件下，大幅增大了数据容量，实现了更高的本钱效益。

　　Memcached是一种依赖DRAM来知足其性能包管的key/value高速缓存服务。虽然被普遍应用，可是性能很洪流平上受限于DRAM容量。 关于TB级数据集，数据不可所有被DRAM缓存而爆发数据驱逐，从而引起高I/O延迟，导致性能下降，同时由于缓存有限，Memcached会泛起性能不稳固的情形。

　　由于Memcached应对的是超大规模数据集的存储需求，因此数据吞吐性能的主要性不言而喻。要提升 Memcached数据吞吐性能，可以从优化内存妄想、参数调优等多个方面举行。可是，要想在控制总体拥有本钱（TCO）的条件下，对Memcached集群内存举行最优妄想并不是一件容易的事情。首先，Memcached集群需要的内存容量是海量且一直扩展的，而每一个存储节点的内存插槽数目、支持内存容量等条件却极大限制了其扩展性，在内存容量增添到一定水平后就会泛起瓶颈。若是要进一步关于内存容量举行扩展，企业在古板上一样平常会接纳两种要领，第一种是使用大容量的单条内存，第二种要领是扩展 Memcached存储节点。

　　可是，这两种要领都不具备优异的本钱效益。关于前者来说，虽然许多 Memcached存储节点支持的单条内存容量理论上限是128GB，可是这种大容量的内存普遍处于验证阶段，可获得性缺乏，并且价钱的提升远高于其容量的提升，会带来很高的本钱压力；关于后者来说，扩展 Memcached节点虽然能够提升内存池的容量，可是这些存储节点的采购、空间占用、运维、供电无疑也会显著抬升本钱。

　　因此，怎样突破现有存储架构的限制，寻找一种立异的线上 Memcached集群内存扩容要领，在显著提升 Memcached性能的同时有用控制本钱，也就显得至关主要。

　　使用英特尔® 傲腾? 长期内存手艺优化内存结构

　　为相识决此问题，豪运国际工程师团队关于 Memcached内存结构举行了剖析。为了减轻内存资源的压力，长期性内存（PM）被称为存储类内存（SCM）在业界泛起，非易失性存储器�？楹统て谛源娲⑵饔型晌葜行呐趟愕南乱桓鲋饕挛�。 依附高存储密度和类似DRAM的性能，全新的算法和系统架构是可能的。 这关于Memcached很是主要。它不但可以为 Memcached提供大容量缓存，挣脱单节点内存巨细的限制，同时还能有用降低本钱。

　　要将存储介质从内存替换为高性能固态盘，一个主要的条件就是固态盘在IOPS、时延方面与内存不可有太大的差别。在计划验证的历程中豪运国际发明，英特尔® 傲腾? 长期内存位于内存和存储介质之间（如图1），能够填补两者间的性能和时延差别，对存储条理模子举行重新划分和界说。因此，豪运国际决议使用英特尔® 傲腾? 长期内存作为 Memcached的缓存，并举行性能、本钱等方面的验证。

　　

　　图1

　　英特尔® 傲腾? 长期内存是一种全新的内存类型，差别于古板的DRAM，其集大容量、经济性和长期性于一身，读写带宽比NVME装备高数倍，并大幅降低延时问题。由于写入方法差别，英特尔® 傲腾? 长期内存也比Flash NAND更耐用，并通过高达512GB的单�？槿萘�，实现了远超古板 DRAM 的系统内存容量。其从基础上改变了数据中心的弹性，将内存数据库重启时间从以前的几天、几小时缩短到现在的几分钟甚至几秒钟，并提供经济实惠的内存空间，将系统内存容量扩展到亘古未有的水平。

　　英特尔® 傲腾? 长期内存拥有两种特殊的运行模式——App Direct 模式和内存模式。详细来看，接纳App Direct 模式，经由专门调试的应用程序可以从产品固有的长期性中充分获取价值，同时获得更大的容量；在内存模式下，在受支持的操作系统或虚拟情形中运行的应用程序可将该产品用于易失性存储，在无需重写软件的情形下，有用使用高达512GB的内存�？榇吹母郊酉低橙萘�，在大型内存池中获得新的洞察。

　　在现实的计划安排中，豪运国际使用了英特尔® 至强® 第二代可扩展处置惩罚器与英特尔® 傲腾? 长期内存组成强强组合，取代Memcached中DRAM缓存（如图2），改善 Memcached集群内存妄想，以支持数据库、内存剖析和内容分发网络等要害数据事情负载，加速动态Web应用程序等。

　　

　　图2

　　计划验证：英特尔® 傲腾? 长期内存性能优势显著

　　为了测试英特尔® 傲腾? 长期内存作为Memcached缓存的性能，豪运国际决议划分测试基于英特尔® 傲腾? 长期内存/ DRAM 内存两种设置下的性能比照。

　　在现实测试中，豪运国际将英特尔® 傲腾? 长期内存设置为 App Direct运行模式，并依据以下硬件设置来搭建了测试计划（如表1）。在至关主要的存储方面，英特尔® 傲腾? 长期内存计划中每个数据节点使用192（12*16GB）的DRAM，并使用1.5TB(12*128GB)的英特尔® 傲腾? 长期内存作为Memcached的缓存装备；DRAM计划中使用768GB(24*32GB)内存作为Memcached的缓存装备。

　　

　　表1

　　本次实验举行了多种读写比例测试，从测试效果可以看出（吞吐量效果如图3、平均延时效果如图4），英特尔® 傲腾? 长期内存计划可以容纳远超于DRAM计划的数据容量，同时性能体现相当精彩。在吞吐量方面两种计划性能相当，个体场景英特尔® 傲腾? 长期内存计划甚至优于DRAM计划。在平均延时方面，两种计划都能坚持在1ms之内，并且英特尔® 傲腾? 长期内存计划延时显着优于DRAM计划。

　　

　　图3

　　

　　图4

　　效果：大幅改善Memcached性能与本钱体现

　　从测试效果可以看出，通过将Memcached的缓存由古板的 DRAM 内存替换为英特尔® 傲腾? 长期内存，可以在包管DRAM计划性能，甚至优于DRAM计划性能的情形下，成倍提升数据容量。之以是会有云云显著的提升效果，很洪流平上是由于英特尔® 傲腾? 长期内存支持的总容量远高于DRAM内存，能够缓存Memcached所有的事情集，而没有缓存驱逐。尤为主要的是，英特尔® 傲腾? 长期内存计划比DRAM计划数据容量可以增添靠近1倍，换言之，若是企业在需要包管性能的情形下想增大数据容量，那么使用英特尔® 傲腾? 长期内存将带来极大的本钱节约，降低TCO。