基于英特尔® 傲腾™ 持久内存100系列的KVM方案实践

　　英特尔® 傲腾™ 持久内存是Intel在2019年发布的一款革命性的产品，英特尔® 傲腾™ 持久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汲取更多价值，重构数据中心内存/存储层次结构。不同于传统的DRAM，英特尔® 傲腾™ 持久内存集大容量、经济性和持久性于一身，能够支持数据中心多个应用场景。浪潮基于英特尔® 傲腾™ 持久内存做了大量的应用场景解决方案，覆盖大数据分析、数据库、云与虚拟化、分布式存储等应用场景。为了帮助用户通过更加灵活的架构来实现创新型的应用，助力企业实现性能突破，浪潮发布了基于英特尔® 傲腾™ 持久内存技术的KVM虚拟化解决方案。

　　虚拟化使用软件的方法重新定义划分 IT 资源，可以实现 IT 资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高 IT 资源利用率，使 IT 资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。

　　KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一个开源软件，基于内核的虚拟化技术，是嵌入式的一个虚拟化模块，通过优化内核来使用虚拟化技术，该内核模块使得Linux变成了一个Hypervisor，虚拟机使用Linux自身的调度器进行管理。一方面，KVM将标准内核转换成一个系统管理程序，具有天然的内核架构优势；另一方面，KVM是内核本身的一部分，可以利用内核的优化和改进。这使得很多客户和企业选择KVM作为虚拟化的解决方案。

　　本方案验证了同容量下Redis在KVM环境下使用英特尔® 傲腾™ 持久内存与传统DRAM 内存的性能，验证英特尔® 傲腾™ 持久内存扩展内存的可行性，通过使用英特尔® 傲腾™ 持久内存来提升资源利用率，更好的降低企业虚拟化的成本。

　　Redis的强劲性能很大程度上是由于其将所有数据都存储在内存中，Redis虚拟化的可用内存由KVM分配的内存容量定义，而KVM的内存容量受限于硬件服务器，每一台服务器的内存插槽数量、支持内存容量等极大的限制了内存容量扩展，在内存容量增长到一定程度后就会出现瓶颈。如果要进一步对于内存容量进行扩展，传统的解决方案一般有两种方式：一是使用大容量的内存条，二是扩展服务器节点数量。

　　但是，这两种方法都不具备良好的成本效益。对于前者来说，价格随容量的提升成指数级增长，会带来很高的成本压力；对于后者来说，扩展服务器节点固然能够提升内存池的容量，但这样资源不是按需扩展，同时这些服务器的采购、空间占用、运维、供电无疑也会显著增加成本。我们需要更经济的方式来扩展内存容量以创建更多的虚拟机，提升单台服务器的资源利用率。

　　利用英特尔® 傲腾™内存扩展方案

　　英特尔® 傲腾™ 持久内存创新性解决方案提供了行业领先的高吞吐率、低延时、高服务质量和超高的耐用性，新增内存扩展专为打破服务器内存容量限制而优化。英特尔® 傲腾™ 持久内存提供接近内存的延迟，最大扩展系统内存至6T（不包括系统自身内存）。英特尔® 傲腾™ 持久内存可对应用进行加速，支持快速缓存和快速存储，提高每台服务器的可扩展性，并降低敏感性工作负载的交易成本。此外，英特尔® 傲腾™ 持久内存支持数据中心部署更大、更经济的数据集，在大型内存池中获得新的洞察。

　　

　　图1

　　本方案使用英特尔® 傲腾™ 持久内存扩展内存容量，解决服务器内存不足的问题，可以显著降低企业TCO。英特尔® 傲腾™ 持久内存有内存模式、应用直接访问模式（持久内存）两种模式。本次测试采用内存模式 ，内存模式具有容量大、成本低、易用性等特点。设备即插即用，不需要客户业务系统做任何修改。

　　方案验证：英特尔® 傲腾™ 内存性能显著

　　为测试英特尔® 傲腾™ 持久内存扩展解决方案在KVM虚拟化下的性能表现，我们在容量相同的情况下，分别测试基于英特尔® 傲腾™ 持久内存和传统DRAM 内存两种配置下的性能对比。

　　在实际测试中，浪潮将英特尔® 傲腾™ 持久内存设置为内存运行模式，并依据以下硬件配置来搭建了测试对比方案（如表1）。测试使用2台服务器，一台服务器作为KVM虚拟化主机部署Redis实例，一台作为压力机。

　　表1

　　浪潮分别测试了两种配置在不同读写比例下的Redis平均延时和总吞吐量（测试结果如图2）。从测试结果可以看出，在set/get测试模型下，英特尔® 傲腾™ 持久内存配置的平均延时与DRAM基本相当，只是略高0.02~0.04ms，吞吐量可以达到DRAM的92%以上（性能对比见图2）。

　　

图2

　　可见英特尔® 傲腾™ 持久内存可以满足Redis在KVM虚拟化下的性能需求，作为KVM虚拟化内存扩展方案使用。

　　在KVM+Redis应用下使用英特尔® 傲腾™ 持久内存替代传统DRAM扩展KVM服务器内存，与DRAM延迟性能相当，只有很少的吞吐量损耗，英特尔® 傲腾™ 持久内存扩展方案的价值在于，其可以提供远低于DRAM价格的高性价比扩容方式。

　　英特尔® 傲腾™ 持久内存适用虚拟化的业务特点

　　大内存容量需求；

　　CPU利用率低，想提升资源利用率；

　　高读写比例工作负载；

　　以降低成本为主要目的。