云原生存儲(chǔ)在實(shí)際場(chǎng)景中可以做什么

引言

隨著云原生應(yīng)用對(duì)可遷移性、擴(kuò)展性和動(dòng)態(tài)特性的需求，對(duì)云原生存儲(chǔ)也帶來了相應(yīng)的密度、速度、混合度的要求，所以對(duì)云存儲(chǔ)基本能力之上又提出了在效率、彈性、自治、穩(wěn)定、應(yīng)用低耦合、GuestOS 優(yōu)化和安全等方面的訴求。

新的企業(yè)負(fù)載／智能工作負(fù)載容器化、遷云、存儲(chǔ)方面遇到的性能、彈性、高可用、加密、隔離、可觀測(cè)性及生命周期等方面的問題，不但需要存儲(chǔ)產(chǎn)品層次的改進(jìn)，還需要在云原生的控制／數(shù)據(jù)平面的改進(jìn)，推進(jìn)云原生存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)的演進(jìn)。下文將分別介紹一下問題場(chǎng)景及問題，探討可行的解決方案，最終可以得出云原生存儲(chǔ)、云存儲(chǔ)目前可以做什么和未來還需要做什么。

存儲(chǔ)性能

1. 長(zhǎng)時(shí)延增加

場(chǎng)景

高性能計(jì)算場(chǎng)景中，集中處理批量數(shù)據(jù)，通過容器集群，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)千 Pod，彈出數(shù)百 ECS 對(duì)共享性文件系統(tǒng)讀寫。

問題

重負(fù)載終負(fù)載下時(shí)延增加，高延遲毛刺增多，讀寫穩(wěn)定性不足。

解決方案

分散負(fù)載到多文件系統(tǒng)，通過容器編排分散 IO 到多文件系統(tǒng)

存儲(chǔ)產(chǎn)品的盤古 2.0 改造

2. 集中式高吞吐寫對(duì)共享存儲(chǔ)池沖擊

場(chǎng)景

高性能計(jì)算場(chǎng)景中，集中處理批量數(shù)據(jù)，10Gbps 讀寫請(qǐng)求進(jìn)入同一存儲(chǔ)集群。

問題

同一存儲(chǔ)集群中的帶寬擠占，造成訪問質(zhì)量下降。

解決方案

分散負(fù)載到多文件系統(tǒng)和多個(gè)存儲(chǔ)集群／多個(gè)可用區(qū)，通過容器編排分散 IO 到多文件系統(tǒng)；

使用獨(dú)占高性能并行文件系統(tǒng)。

**3. 峰值吞吐不足**

場(chǎng)景

大規(guī)模生物數(shù)據(jù)處理，文件數(shù)目少，峰值吞吐高 10Gbps-30Gbps，請(qǐng)求密集 1W／s。

問題

接近獨(dú)占集群的極限帶寬。

解決方案

讀寫分流，分流讀請(qǐng)求到 OSS，寫請(qǐng)求負(fù)載分流到獨(dú)占文件系統(tǒng)和本地／遠(yuǎn)程塊存儲(chǔ)，通過容器編排分散 IO 到多文件系統(tǒng)；

使用應(yīng)用層分布式緩存降低網(wǎng)絡(luò)讀 IO；

存儲(chǔ)產(chǎn)品的盤古 2.0 改造。

時(shí)延增加導(dǎo)致 GPU 等待

場(chǎng)景

多機(jī)多卡 GPU 訓(xùn)練，直接讀取 OSS 數(shù)據(jù)，讀密集型。

問題

時(shí)延增加導(dǎo)致 IOwait 和 GPU 等待。

解決方案

應(yīng)用層透明 POSIX 讀訪問 OSS；

使用應(yīng)用層分布式緩存降低網(wǎng)絡(luò)讀 IO。

存儲(chǔ)彈性

場(chǎng)景

數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)容, MySQL and etc；元數(shù)據(jù)管理應(yīng)用在線擴(kuò)容 Zookeeper／etcd；本地盤存儲(chǔ)容量無(wú)法擴(kuò)容。

解決方案

云盤在線擴(kuò)容，應(yīng)用控制面文件系統(tǒng)／邏輯卷離線，在線擴(kuò)容能力；

單機(jī)云盤掛載密度；

存儲(chǔ)產(chǎn)品 ESSD 的替換使用。

存儲(chǔ)高可用

場(chǎng)景

應(yīng)用運(yùn)維，系統(tǒng)運(yùn)維；塊存儲(chǔ)隨容器遷移的穩(wěn)定性和可發(fā)現(xiàn)性。

解決方案

控制平面聲明式存儲(chǔ)快照，備份，定時(shí)快照備份，本地快照加速備份和恢復(fù)；控制平面云盤 SerialNum 的可發(fā)現(xiàn)性改造。

存儲(chǔ)的加密

場(chǎng)景

用戶應(yīng)用的全鏈路數(shù)據(jù)加密需求；操作系統(tǒng)盤加密。

解決方案

產(chǎn)品存儲(chǔ)的 CMK，BYOK 支持控制平面的加密聲明支持RAM 權(quán)限的最小化控制

存儲(chǔ)的隔離性

場(chǎng)景

單盤多應(yīng)用共享，單機(jī)日志盤塊存儲(chǔ)切分

單塊本地盤／云盤吞吐能力不足

文件系統(tǒng)多租戶環(huán)境的容量配額

集群級(jí)文件系統(tǒng)共享訪問的權(quán)限控制

解決方案

控制面 LVM 切分，控制面塊存儲(chǔ) blkio buffer IO 應(yīng)用級(jí)限速

控制面 LVM 多盤聚合和條帶

存儲(chǔ)產(chǎn)品共享文件系統(tǒng)的目錄級(jí) Quota

控制面文件系統(tǒng)的目錄級(jí) ACL

存儲(chǔ)的可觀測(cè)性

場(chǎng)景

多租戶 Zookeeper／etcd，租戶／應(yīng)用級(jí)的 IO 指標(biāo)監(jiān)控和預(yù)警。

解決方案

控制面應(yīng)用級(jí) IO Metrics 采集能力

控制面設(shè)備級(jí) IO Metrics 采集能力

控制面掛載點(diǎn)級(jí) IO Metrics 采集能力

存儲(chǔ)的生命周期

場(chǎng)景

共享文件系統(tǒng)/緩存系統(tǒng)的聲明式創(chuàng)建和刪除。

解決方案

Operator: 云盤／本地盤 （TiDB）

Operator: 文件系統(tǒng)，CPFS

Operator: 對(duì)象存儲(chǔ)

云原生存儲(chǔ) v2

針對(duì)以上在新的計(jì)算模式下，存儲(chǔ)方面遇到的性能，彈性，高可用，加密，隔離，可觀測(cè)性，生命周期等方面的問題，不但是需要存儲(chǔ)產(chǎn)品層次的改進(jìn)，更需要在云原生的控制／數(shù)據(jù)平面的改進(jìn)，在不久的將來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，安全，自治，和效率并舉的云原生存儲(chǔ) v2。

穩(wěn)定：阿里云存儲(chǔ)的全品類支持可觀測(cè)性， Flexvolume and CSI plugins／IO metrics (CSI for 1.14)；安全：全連路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠／可信存儲(chǔ)支持，CSI 快照加密，系統(tǒng)盤加密；自治：云盤快照 /本地快照 ，離線在線的存儲(chǔ)擴(kuò)容能力, 元數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)；效率：I/O 隔離 、可伸縮性／云盤再次分割提升密度/分布式存儲(chǔ)緩存。

需要在云原生應(yīng)用層、存儲(chǔ)云產(chǎn)品層、底層存儲(chǔ)適配和存儲(chǔ)核心層都需要做相應(yīng)的改進(jìn)和提升才有可能提供更加穩(wěn)定，安全，自治和高效的面向應(yīng)用的云原生存儲(chǔ)。

總結(jié)

云原生存儲(chǔ)是云存儲(chǔ) UI 和效率等能力的集合；分層存儲(chǔ)，不重新發(fā)明輪子；新的工作負(fù)載推進(jìn)云原生存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)的演進(jìn)，云原生控制平面實(shí)現(xiàn)效率，自治方面能力，從數(shù)據(jù)面提升存儲(chǔ)穩(wěn)定和減小安全隱患，云存儲(chǔ)繼續(xù)夯實(shí)性能，容量，彈性，密度等基礎(chǔ)能力，共建云原生環(huán)境下的存儲(chǔ)生態(tài)。

在云原生存儲(chǔ) v2 的演進(jìn)過程中，仍然需要容器團(tuán)隊(duì)和存儲(chǔ)團(tuán)隊(duì)，通力合作，共同提升的云原生時(shí)代的存儲(chǔ)能力。