經(jīng)過近幾年的蓬勃發(fā)展,云計(jì)算,尤其是公有云已經(jīng)被證明有能力支撐企業(yè)應(yīng)用,并帶給企業(yè)IT更多的靈活性與可靠性,大中型企業(yè)用戶對(duì)云計(jì)算接受度越高,服務(wù)提供商之間競爭就越激烈。用戶規(guī)模的擴(kuò)大通常意味著公有云數(shù)據(jù)中心規(guī)模的增大,讓其有意愿去定制化硬件以獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益,除此之外,IaaS謀求差異化,硬件行業(yè)拼配置的古老做法得到了全新的演繹。

從云計(jì)算,尤其是IaaS層云服務(wù)來看,硬件與軟件的綜合能力是其核心競爭力。在硬件方面,雖然云計(jì)算發(fā)軔于標(biāo)準(zhǔn)的x86商用硬件(Commercial off the Shelf,COTS),但隨著云進(jìn)程的演進(jìn),一方面需要更豐富的服務(wù)類型,對(duì)硬件有著更高的要求;另一方面,定制化的硬件與自研軟件相結(jié)合,能夠發(fā)揮出更好的效率,這對(duì)于提升云的綜合能力有著顯著的影響。

首當(dāng)其沖的就是CPU,畢竟云服務(wù)器的換代也和物理服務(wù)器換代一樣,跟著CPU的節(jié)奏走。以華為為例,去年英特爾推出代號(hào)SkyLake的至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器之后,FusionServer系列服務(wù)器升級(jí)到了V5,華為云的通用計(jì)算增強(qiáng)型實(shí)例也推出了新一代的C3。

與面向傳統(tǒng)企業(yè)用戶的通用服務(wù)器不同,云服務(wù)提供商可以根據(jù)自己的具體需求,采用向英特爾定制的CPU。與面向通用市場的型號(hào)相比,定制版本的處理器可以選擇獨(dú)特的主頻與內(nèi)核數(shù)量組合,譬如內(nèi)核數(shù)量相同的情況下,擁有更高的主頻,可以讓云服務(wù)器擁有更好的性能。

云服務(wù)商采用定制版本CPU的公開宣傳始自2014年,AWS在其計(jì)算優(yōu)化型實(shí)例C4中采用英特爾至強(qiáng)家族的定制型號(hào)E5-2666 v3。隨后微軟、阿里云、騰訊云等先后根據(jù)自身需求向Intel定制了處理器,定制CPU已經(jīng)成為云服務(wù)提供商實(shí)力的象征。

在至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器這一代,華為云定制了兩款CPU,包括通用計(jì)算增強(qiáng)型實(shí)例C3采用的至強(qiáng)金牌處理器。相比于之前的通用計(jì)算型實(shí)例C1、C2,C3實(shí)例的配置有成倍的提高,可選的類型也豐富得多。

華為云中C3實(shí)例與C1、C2實(shí)例對(duì)比,C3實(shí)例擁有更多更高的配置類型。相比于C2實(shí)例最高32核64G,C3實(shí)例最高可達(dá)60核256G;CPU與內(nèi)存比例從原來的1:1或1:2升級(jí)到C3的1:2和1:4,配置更高,計(jì)算能力更強(qiáng)

不止于計(jì)算 C3ne網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)型來了

不止CPU,包括SSD、FPGA乃至新一代網(wǎng)卡等硬件都是公有云的定制對(duì)象。正所謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”,當(dāng)計(jì)算與存儲(chǔ)(SSD)的性能提高,在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中不再是性能瓶頸以后,必然有新的瓶頸產(chǎn)生。就IaaS層而言,在某些應(yīng)用環(huán)境中,網(wǎng)絡(luò)成為阻礙新的瓶頸,需要加以改善或解決。由此,華為云在C3實(shí)例的基礎(chǔ)之上,推出了通用網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)型實(shí)例——C3ne(C3 network enhance,C3網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)型),并于日前(2018年8月16日)正式商用。

C3的網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)型,顧名思義,就是增強(qiáng)了通用計(jì)算型實(shí)例在網(wǎng)絡(luò)方面的性能。C3實(shí)例的底層硬件使用的是10Gb/s以太網(wǎng)絡(luò)適配器,而在C3ne實(shí)例中,則升級(jí)到了最新一代的25Gb/s以太網(wǎng)絡(luò)適配器——在這方面,公有云走在了私有云的前面——就云主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)性能而言,由原來C3實(shí)例最高的17Gb/s提升到了C3ne的40Gb/s。

在華為云C3ne實(shí)例正式商用之前,E企研究院針對(duì)C3與C3ne實(shí)例不同配置下的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了測試,檢驗(yàn)其在真實(shí)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)性能,下圖為測試結(jié)果:

從E企研究院的初步試用結(jié)果來看,C3ne實(shí)例的網(wǎng)絡(luò)性能不僅達(dá)到了C3實(shí)例的2-3倍,甚至也比華為云公布的最大帶寬數(shù)值有不同程度的提升。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析,這是因?yàn)樵赾3ne還處于公測當(dāng)中,內(nèi)部資源盈余,所以在E企研究院的測試中能發(fā)揮出最大性能。但華為云工程師建議,正式商用之后,c3ne實(shí)例帶寬應(yīng)以基準(zhǔn)帶寬為準(zhǔn),在保證基準(zhǔn)帶寬之后,視具體負(fù)載程度,最大帶寬會(huì)有不同程度的性能浮動(dòng)。

C3ne高性能幕后:新一代智能網(wǎng)卡與eVS 3.0

極致的云主機(jī)性能肯定離不開底層物理基礎(chǔ)設(shè)施的支持,中間軟件層的優(yōu)化能力也必不可少。就C3ne而言,其網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)底層采用基于華為自研的新一代25GbE智能網(wǎng)卡——u-NIC,基于開源OVS,擁有高達(dá)1000萬pps的全功能數(shù)據(jù)面卸載能力,包括轉(zhuǎn)發(fā)、安全組以及Conntrack等功能在內(nèi),卸載云網(wǎng)絡(luò)處理負(fù)載,

可將所有x86 CPU核提供給客戶(云主機(jī))使用。如果是純轉(zhuǎn)發(fā),則可以達(dá)到1000萬pps。

華為云C3ne實(shí)例底層所采用的u-NIC智能網(wǎng)卡集成了網(wǎng)絡(luò)專屬優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)(PPE)、超大流表和安全規(guī)則操作以及高精度硬件QoS等功能特點(diǎn),讓其成為一個(gè)高可編程的高性能包轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái),能夠滿足云數(shù)據(jù)中心提出的高性能、高靈活性、多租戶隔離以及QoS等需求。并且華為進(jìn)一步升級(jí)了u-NIC中的內(nèi)部擁塞算法,讓其能夠更靈活地適應(yīng)復(fù)雜多變的云環(huán)境。

華為公布的u-NIC智能網(wǎng)卡在擁塞環(huán)境下的響應(yīng)時(shí)間,由于其具有針對(duì)性的擁塞算法優(yōu)化,與同類產(chǎn)品相比,在多臺(tái)壓力客戶端并發(fā)模擬的擁塞環(huán)境下,新一代u-NIC網(wǎng)卡的響應(yīng)時(shí)間要低數(shù)倍

除了底層物理硬件具備強(qiáng)大的性能之外,華為云C3ne實(shí)例的高網(wǎng)絡(luò)性能還離不開eVS(Elastic Virtual Switch,彈性虛擬交換機(jī))的配合?；贠VS內(nèi)核態(tài)數(shù)據(jù)面的eVS 1.0版本最早開始于2013年,華為在2015年時(shí)將其升級(jí)到基于DPDK用戶態(tài)數(shù)據(jù)面的eVS 2.0版本,通過SIMD(單指令多數(shù)據(jù))優(yōu)化和多線程調(diào)度,大幅提升了其網(wǎng)絡(luò)性能。

在今年,華為又發(fā)布了新一代的eVS 3.0:通過集成流表卸載架構(gòu),以及“軟硬結(jié)合”的I/O虛擬化技術(shù),成為業(yè)界首個(gè)千萬級(jí)虛擬網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),其與新一代的u-NIC智能網(wǎng)卡相結(jié)合,最高可達(dá)到48Gbps的網(wǎng)絡(luò)吞吐能力,超過1500萬pps的純轉(zhuǎn)發(fā)性能。

eVS與U-NIC智能網(wǎng)卡的組合,實(shí)現(xiàn)類似SDN中“控制平面與數(shù)據(jù)平面的分離”作用,其中eVS作為控制平面,將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)卸載到u-NIC智能網(wǎng)卡,一舉突破了eVS 2.0中由于CPU資源分配上的限制導(dǎo)致的性能瓶頸。u-NIC核心芯片Hi822為ASIC處理器,具有更好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率,通過硬件卸載(offload),可以釋放網(wǎng)絡(luò)帶寬,提高網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。

C3ne實(shí)例只是華為云自主研發(fā)能力的縮影,實(shí)際在很多方面(比如存儲(chǔ)),華為都強(qiáng)調(diào)自研帶來的差異化核心競爭力,并重視“軟硬結(jié)合”并行發(fā)展,由此發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能水平。正是因?yàn)檫@些特點(diǎn),盡管華為云正式商用時(shí)間并不長,但已經(jīng)迅速躋身于國內(nèi)領(lǐng)先云服務(wù)提供商行列,并以其特有的競爭力吸引了企業(yè)用戶的關(guān)注。