中兴通讯推出全闪存存储产品KF8200，实现提升效率降低IO时延

5G商用导致流量爆发式增长，现有网络以及未来网络上庞大的数据量不仅对存储容量提出了更高要求，云计算、在线支付、移动社交等越来越多的实时交互应用对存储性能也提出了更加苛刻的要求。为满足以上应用要求，客户越来越倾向于使用全闪存存储。

全闪存存储面临的需求及挑战

云计算、在线支付、移动社交等应用，业务不同负载特性也不同，对存储的要求也差异较大，这些业务对全闪存存储的设计提出了相应的需求及挑战。

性能要求：由于闪存盘具备低IO访问延时，高随机IO性能的特点，因此客户全闪存存储必须能充分发挥闪存盘的特点，具备高带宽、低延时处理能力，对全闪存存储软件流程要求较高。

成本要求：虽然闪存盘成本逐年下降，但和机械盘相比同等容量下价格还是要高出几倍，对客户而言全闪存存储的投资成本还是过于高昂，因此要求全闪存存储能提供相应的机制来有效降低成本。

寿命要求：闪存盘由于其特殊的架构导致其读写机制有写放大效应，此效应对闪存盘寿命有极大的影响，因此全闪存磁阵必须有很好的闪存盘寿命管理能力。

中兴通讯全闪存存储产品KF8200

KF8200为中兴通讯新一代全闪存存储产品，KF8200提供了高至百万级IOPS、低至百微秒延时的数据服务，为客户带来极致体验。同时，KF8200能支持在线数据去重、在线数据压缩，满足极速数据服务的基础上，为用户提供稳定、安全的性能保证。

KF8200控制器采用高性能多核处理器，双控节点最高提供TB级的超大高速缓存。整机3U高度提供30个NVMe盘位高密存储能力。

KF8200支持多种接口闪存盘，通过NVMe SSD、SAS SSD不同硬盘类型的灵活组合，使用有限的投资获得更大的容量和更高的IO性能。

KF8200支持多块高密IO接口卡，支持10Gb ETH、16Gb FC、32Gb FC、25Gb ETH、50Gb ETH和100个ETH接口，满足不同应用需求。

KF8200可以双控节点为单位进行横向扩展，达到性能和容量的线性增长。最大支持16个节点，多节点之间通过以太网交换实现 Scale-out 。

由于闪存盘低IO访问延时，高随机IO性能的特点导致软件延时占比占整个IO路径时延显著增大；同时性能瓶颈则转移到存储控制器上，传统的机械盘阵软件栈效率难以充分发挥闪存盘的优点，因此KF8200针对全闪存盘的特点由下而上对存储软件进行了重构。

全新架构

为提升效率，降低IO时延，KF8200采用了全新多核运行架构，处理器上每一个核都绑定一个处理线程，该线程完整处理一个IO从前端端口到后端介质的全流程，避免在多个核之间转移处理，从而将OS调度的时延开销压到最低。

相应的，为消除多线程之间资源冲突，系统资源采取了全分布式设计，除少量静态全局数据外，关键数据结构都与处理线程逻辑绑定，使得多核性能可以随着核数增加而近似线性提升。

IO优化

传统盘阵IO栈算法的核心在于针对介质特点对应用IO请求进行整形和调度，最大限度发挥介质能力。闪存介质与机械盘的IO特征存在显著不同，传统盘阵软件栈围绕机械盘特性做的优化措施，反而会阻碍和限制闪存性能的发挥。因此，KF8200产品针对全闪设计全新的IO算法。

相比机械盘，闪存介质随机IO性能要高出几个数量级，而顺序IO能力的提升则相对较小。针对机械盘的IO合并和排序算法，对于全闪机制来说收益不大，而且还引入了额外的时延，需要去掉或优化，例如通过智能识别IO特征来确定IO使用或者绕开读写缓存。

闪存盘和机械盘的内部构造有本质不同，单电机驱动的机械结构决定了机械盘无法支持高并发的IO访问，而闪存盘内部多颗粒完全并发能够显著提升吞吐能力。KF8200软件在数据分布，IO调度上针对闪存介质做了充分适配，可显著提升系统性能。

寿命优化

KF8200针对系统中存储介质空间内建细粒度索引，同时使用ROW机制写入，使得所有写入介质的IO在物理地址连续，局部到每个擦写块上，都是顺序满块写入，基本消除非满条带小数据块的原地覆盖写；全局的垃圾回收机制可达成介质上每个擦写块都是在写满或者接近写满状态下进行擦除，二者结合可以极大降低IO写放大，从而成倍提升介质寿命。

所有的写IO在各盘之间合理均衡调度，使得存储池中的盘使用寿命尽量维持均衡，避免部件提前失效；在系统介质寿命尾期，可以通过对部分盘加大写入量来加速个别部件失效，以防止批量部件失效导致服务中断或数据丢失。

系统管理软件保持对所有的闪存盘定期检测，对使用寿命做出智能预测，并在故障发生前转移数据，降低故障影响。

能耗优化

闪存盘与机械盘能耗管理方式虽然大不相同，但目标都是根据外部负载情况来调整工作状态，在存储性能和能耗之间均衡。机械盘能耗管理带来的负面作用比较明显，例如会大大增加极端情况下IO延时，因此只能用在特定场景（例如备份，视频监控等）中，而闪存盘的能耗控制则更为灵活也更实用。

KF8200在能耗管理策略上给用户提供多种选择，例如限制系统功耗门限，根据负载自动调整最佳功耗等，可以在应用基本无感知情况下有效减低系统能耗，从而降低用户使用成本。

数据空间效率优化

数据去重和压缩在特定应用场景下可以有效提升存储空间利用效率，降低单位数据存储成本，在闪存介质相比机械盘成本依然较高的当下，压缩去重功能大大促进了全闪存存储的市场接受度。

KF8200实现了在线的基于细粒度数据块数据压缩和去重功能，并可选配置专用硬件加速卡，保证了压缩去重功能开启后的IO性能无明显减低。实测在典型OLTP应用，有效空间可提升3~10倍；在典型VDI等虚拟化应用中，有效空间可提升5~20倍。

KF8200默认支持精简卷功能，按实际写入数据量分配物理空间。如前述，精简卷功能可以提升空间效率，简化用户容量规划和配置，减少用户投资。

结语

中兴通讯全闪存存储KF8200提供了高性能的数据处理、大容量的数据存储、高带宽低延时的IO能力，为企业物联网、云数据中心、大数据分析以及人工智能面向未来存储的需求，提出了更新的解决方案。

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