引言

隨著云原生應(yīng)用對可遷移性、擴(kuò)展性和動態(tài)特性的需求，對云原生存儲也帶來了相應(yīng)的密度、速度、混合度的要求，所以對云存儲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、存儲方面遇到的性能、彈性、高可用、加密、隔離、可觀測性及生命周期等方面的問題，不但需要存儲產(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)云原生存儲和云存儲的演進(jìn)。下文將分別介紹一下問題場景及問題，探討可行的解決方案，最終可以得出云原生存儲、云存儲目前可以做什么和未來還需要做什么。

存儲性能

1. 長時延增加

場景

高性能計算場景中，集中處理批量數(shù)據(jù)，通過容器集群，同時啟動數(shù)千 Pod，彈出數(shù)百 ECS 對共享性文件系統(tǒng)讀寫。

問題

重負(fù)載終負(fù)載下時延增加，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)

存儲產(chǎn)品的盤古 2.0 改造

2. 集中式高吞吐寫對共享存儲池沖擊

場景

高性能計算場景中，集中處理批量數(shù)據(jù)，10Gbps 讀寫請求進(jìn)入同一存儲集群。

問題

同一存儲集群中的帶寬擠占，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)和多個存儲集群／多個可用區(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，分流讀請求到 OSS，寫請求負(fù)載分流到獨(dú)占文件系統(tǒng)和本地／遠(yuǎn)程塊存儲，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；

存儲產(chǎn)品的盤古 2.0 改造。

時延增加導(dǎo)致 GPU 等待

場景

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。

存儲彈性

場景

數(shù)據(jù)庫擴(kuò)容, MySQL and etc；元數(shù)據(jù)管理應(yīng)用在線擴(kuò)容 Zookeeper／etcd；本地盤存儲容量無法擴(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；

存儲產(chǎn)品 ESSD 的替換使用。

存儲高可用

場景

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

解決方案

控制平面聲明式存儲快照，備份，定時快照備份，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。

存儲的加密

場景

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

存儲的隔離性

場景

單盤多應(yīng)用共享，單機(jī)日志盤塊存儲切分

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 blkio buffer IO 應(yīng)用級限速

控制面 LVM 多盤聚合和條帶

存儲產(chǎn)品共享文件系統(tǒng)的目錄級 Quota

控制面文件系統(tǒng)的目錄級 ACL

存儲的可觀測性

場景

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

解決方案

控制面應(yīng)用級 IO Metrics 采集能力

控制面設(shè)備級 IO Metrics 采集能力

控制面掛載點(diǎn)級 IO Metrics 采集能力

存儲的生命周期

場景

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: 對象存儲

云原生存儲 v2

針對以上在新的計算模式下，存儲方面遇到的性能，彈性，高可用，加密，隔離，可觀測性，生命周期等方面的問題，不但是需要存儲產(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 v2。

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

需要在云原生應(yīng)用層、存儲云產(chǎn)品層、底層存儲適配和存儲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。

總結(jié)

云原生存儲是云存儲 UI 和效率等能力的集合；分層存儲，不重新發(fā)明輪子；新的工作負(fù)載推進(jìn)云原生存儲和云存儲的演進(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)面提升存儲穩(wěn)定和減小安全隱患，云存儲繼續(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)境下的存儲生態(tài)。

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