如果你不是當(dāng)代科幻小說或量子物理學(xué)理論的愛好者，你可能不會(huì)熟悉“平行宇宙理論”。但如果你的工作和利用電子數(shù)據(jù)技術(shù)的存儲(chǔ)相關(guān)，你就必須努力補(bǔ)習(xí)這些課題了。

平行宇宙理論假定無(wú)限數(shù)量的宇宙并行存在——也就是說，平行宇宙中也會(huì)存在另一個(gè)你自己。每一個(gè)平行宇宙的歷史時(shí)間線都可能我們熟知的這個(gè)宇宙有所不同（例如，一個(gè)歷史事件沒有發(fā)生或產(chǎn)生了不同的結(jié)果）。它可能有一組完全不同的物理定律（例如，可能沒有重力）。它可能是一個(gè)完全不同于我們所感受到的世界（所以《星際迷航》里面的史波克先生可能會(huì)有表情，也長(zhǎng)著胡子）。

如果我們能利用平行宇宙，那么維度壓縮或“平面空間技術(shù)”的概念就有可能實(shí)現(xiàn)。維度壓縮可以消除平行宇宙假說中描述的“宇宙空泡”，從而可以一次性存儲(chǔ)整個(gè)宇宙。利用這種技術(shù)，我們可以創(chuàng)建具備無(wú)限容量的存儲(chǔ)設(shè)備——就像《黑衣男》里面容納整個(gè)銀河系的玻璃球，還有在 2006年的科幻動(dòng)作片《紫外線》里超級(jí)英雄用來存儲(chǔ)海量武器彈藥的腕帶。

一個(gè)基于維度壓縮的存儲(chǔ)介質(zhì)原則上可以存儲(chǔ)直到宇宙和時(shí)間盡頭的一切數(shù)據(jù)。夢(mèng)想很美滿，可惜，在每年的存儲(chǔ)聚會(huì)上都沒有聽說維度壓縮存儲(chǔ)的議題。和假設(shè)的平行宇宙理論不同的是，對(duì)于利用并行機(jī)制來提升工作負(fù)載性能的探索，——尤其是虛擬化工作負(fù)載的性能的并行優(yōu)化——已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)。而且，將兩者混作一談還是很有意思的。

存儲(chǔ): 拒絕認(rèn)罪

毫無(wú)疑問，很多消費(fèi)者已經(jīng)輕松接受虛擬計(jì)算，而虛擬化平臺(tái)開發(fā)商都會(huì)宣稱低速的存儲(chǔ)是拖慢虛擬機(jī)(VM) 工作負(fù)載性能的罪魁禍?zhǔn)?。使用總線擴(kuò)展電纜和交換機(jī)（如SAN、NAS、共享陣列）連接，位于共享拓?fù)渲械幕诠蚕頇C(jī)電技術(shù)的存儲(chǔ)設(shè)備（HDD）的性能如果遇到問題，廠商都會(huì)聲稱原因在于I/O路徑中存在擁塞故障點(diǎn)。這些故障點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致延遲和“背壓反饋”，讓虛擬機(jī)運(yùn)行減速。

想象一下浴室里擁塞的下水道？如此大量的 I/O 在排隊(duì)等待執(zhí)行他們的寫入請(qǐng)求，然而低速存儲(chǔ)設(shè)備或低速總線擴(kuò)展互聯(lián)設(shè)施會(huì)拖累系統(tǒng)，產(chǎn)生等同于頭發(fā)和香皂阻止水流進(jìn)入下水道的效果。結(jié)果，水槽會(huì)灌滿和溢出，你必須停下你的工作流（刮胡子，洗衣服等），直到造成擁塞的殘?jiān)磺宄?/p>

為了緩解 I/O 隊(duì)列負(fù)擔(dān)，虛擬化平臺(tái)廠商會(huì)建議撤除共享存儲(chǔ)換成內(nèi)部存儲(chǔ)或直連存儲(chǔ)，也就是他們現(xiàn)在選用的融合或超融合存儲(chǔ)，而且這些名字聽起來也很酷。當(dāng)然，追趕虛擬化潮流的閃存存儲(chǔ)供應(yīng)商也會(huì)極力推銷，讓我們藉此機(jī)會(huì)以硅基非易失閃存替換所有老舊的機(jī)電系列存儲(chǔ)。

推銷者承諾：“照我們的清單抓藥，保證虛擬機(jī)性能問題藥到病除！”唯一的問題是，殘酷的預(yù)算限制讓我們不大可能用的起這種藥方，畢竟這里是，我們這個(gè)，宇宙。

罪魁禍?zhǔn)拙褪?..

對(duì)虛擬機(jī)系統(tǒng)緩慢問題的最簡(jiǎn)單檢查辦法就是，查詢 I/O 隊(duì)列狀態(tài)是“shallow”還是沒有隊(duì)列。最快的狀況下，I/O 無(wú)需排隊(duì)等待就可以立即寫入存儲(chǔ)。實(shí)際上，很明顯存儲(chǔ)互連設(shè)施 （電纜和交換機(jī)） 和共享的存儲(chǔ)平臺(tái) （SAN、 NAS 和等等） 都不太應(yīng)該被視為系統(tǒng)中延遲的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

你還會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng) CPU 占用率超過正常水平——“一直在全速運(yùn)行！”這通常反映出原始 I/O 操作正在 CPU 這里堆積，例如遇到阻礙處理順序 I/O 操作的一些問題。工作負(fù)載生成 I/O請(qǐng)求，但是芯片不能及時(shí)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到 I/O 總線。因此，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中多核芯片的順序 I/O 處理問題會(huì)更加明顯。

然而這并非簡(jiǎn)單的南北向性能問題——單個(gè)工作負(fù)載能多快速地在總線上完成處理，多核芯片多了一個(gè)東西向問題： 許多連續(xù)順序I/O處理功能運(yùn)行在多個(gè)邏輯核心時(shí)，必須有統(tǒng)一的順序I/O處理邏輯。

并行視角

值得慶幸的是，在擁有維度壓縮技術(shù)的那些平行宇宙里，我們不需要解決工作負(fù)載性能的問題；可惜這個(gè)宇宙里的問題無(wú)法回避……

還好我們可以另辟蹊徑，抓住順序處理的關(guān)鍵點(diǎn)：讓順序業(yè)務(wù)可以被并行處理，從而使大量的順序 I/O請(qǐng)求可以被多核芯片上的相鄰核心協(xié)作處理，快速高效地到達(dá)數(shù)據(jù)總線。雖然難度很大，但是：在存儲(chǔ)的平行宇宙里，不同供應(yīng)商總會(huì)找到實(shí)現(xiàn)并行處理的辦法。

例如， ioFABRIC公司的并行技術(shù)重點(diǎn)關(guān)注如何緩解延遲和擴(kuò)充工作負(fù)載性能，使用簡(jiǎn)單的策略將操作分布到多個(gè)目標(biāo)、多個(gè)磁盤或閃存驅(qū)動(dòng)器，這些目標(biāo)獲得實(shí)現(xiàn)，各種資源也被更有效地利用。對(duì)于 ioFABRIC 來說，他們的軟件提供的并行處理策略能在每個(gè)芯片核心實(shí)現(xiàn)高達(dá) 250,000 IOPS的性能。

對(duì)喜歡PCIe非易失性內(nèi)存 (NVMe）的廠商來說，他們希望人人都采取他們建議的策略部署 PCIe 總線閃存存儲(chǔ)，在這里，并行就是指使用更多 ——多達(dá) 64,000個(gè)并行連接 CPU的通道來消滅瓶頸，加速每個(gè)設(shè)備內(nèi)部閃存芯片的 I/O 性能。和之前基于SAS/SATA方式安裝的閃存存儲(chǔ)相比，CPU到NVMe存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸性能獲得了巨大的提升。利用以上技術(shù)甚至可以獲得與理論完全一致的、前所未有的低延遲和超快的虛擬機(jī)性能。

還有 DataCore Software公司的動(dòng)態(tài)并行I/O技術(shù)，在 2016 的Storage Performance Council（存儲(chǔ)性能協(xié)會(huì)）的一次基準(zhǔn)測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了 0.28 毫秒的響應(yīng)時(shí)間和超過 500 萬(wàn) IOPS 性能。該技術(shù)的工作原理是：充分利用多核芯片的空閑或未使用邏輯內(nèi)核，使用它們來創(chuàng)建一個(gè)“并行 I/O 處理引擎”，為其它繁忙的邏輯內(nèi)核提供高效的南北向/東西向IO輸出服務(wù)。

這些并行處理技術(shù)是否會(huì)相互排斥？還是可以互相聯(lián)合，進(jìn)一步獲得最高的吞吐量和極低延遲？也許在另一個(gè)平行宇宙里，這些組合的可能性已經(jīng)被充分驗(yàn)證了。