vSphere 支持 Intel 傲腾内存

傲腾内存简介

4月2日，VMware 宣布了 vSphere 对于 Intel  傲腾内存的支持，傲腾内存的全名是 Intel Optane DC Persistent Memory（DCPMM，代号“Apache Pass”）。它是一种非易失性内存 (NVDIMM – No-volatile DRAM)，采用跟 Optane SSD 同样的 3DXpoint 技术，以 DIMM 的形式插在主板的内存插槽上，由 CPU 的内存控制器来访问，它的访问速度虽然比 DRAM 慢一些，但是要远远快于 SSD。

Intel 傲腾内存提供了 128GB、256GB 和 512GB 三种容量，目前最大容量的单条 DDR4 内存条是 128GB，所以傲腾内存可以提供远超现有 DDR4 的内存容量，使服务器的内存总量轻易超过 TB 级别。在提供更大容量的优势下，傲腾内存还比传统的 DDR4 内存更便宜，并且是非易失性的，遇到断电或系统重启的情况也不会丢失数据。有了傲腾内存，服务器可以大幅度减少对于传统存储设备 (SSD 和硬盘) 的依赖，把大部分的操作放在系统内存中完成，从而提高系统整体性能。

Intel 为傲腾内存准备了“Memory”和“AppDirect”两种访问模式，分别适用于不同的应用场景。

Memory Mode

在这种模式下，傲腾内存需要跟 DRAM 内存配合使用，DRAM 内存作为傲腾内存的高速缓存；系统内存的容量由傲腾内存 (DCPMM) 的容量所决定，而不包括 DRAM 那部分内存。当 CPU 访问内存数据时，内存控制器首先检查 DRAM 缓存，如果要访问的数据存在，访问延迟就跟 DRAM 的速度一样；如果要访问的数据不在缓存中，则需要从傲腾内存读取，这会造成一点小小的延迟。对于持续的内存数据访问，内存控制器会通过应用模式预测来提高缓存的命中率，从而使整体访问性能接近于全 DRAM 的配置；对于大量的随机内存访问，系统性能跟 DRAM 相比会有一点损失。另外，在这种模式下，存放在傲腾内存中的数据是易失性的，掉电的情况下不会持续保存。

Memory 模式为传统应用提供了低成本、大容量的内存配置，适用于虚拟化的数据库系统、大数据分析这一类应用；这种访问模式对于上层的操作系统和应用是透明的，它们不需要知道非易失性内存的存在，应用不需要任何修改就可以直接享受傲腾内存所带来的性能提升。

AppDirect Mode

在这种模式下，操作系统和应用都需要明确地知道系统中有两种不同类型的内存，清楚地知道应该向 DRAM 和傲腾内存中写入不同类型的数据。不需要持久性存储但是要求低延迟的数据操作需要在 DRAM 上执行；需要持久性存储的数据应该被保存到傲腾内存中。AppDirect 是使用傲腾内存非易失性功能的唯一模式。在这一模式下，系统内存的容量是由 DRAM 和傲腾内存的总和决定的，这跟 Memory 模式有区别。举个例子，一台服务器配有 1.536 TB 傲腾内存和 192 GB DRAM，采用 AppDirect 模式的话，系统内存总量为 1.728 TB；但是采用 Memory 模式的话，系统内存就只有 1.536 TB，因为那 192GB DRAM 只是被用作了高速缓存。

AppDirect 模式适用于内存数据库等需要超高速数据存储的应用，可以把所有的数据都放在内存中来处理，傲腾内存能有效提升这类应用的性能。但是，这种模式对于操作系统和应用都不是透明的，需要针对非易失性内存进行优化，才能够发挥傲腾内存所带来的优势。现在已经有不少针对非易失性内存优化的应用，称之为 PMEM-aware 应用，如联机事务数据库 SQL Server 和内存数据库 Redis 等，它们能够充分利用傲腾内存的特点发挥出最大的性能优势。

vSphere 对于傲腾内存的支持

4月2日，VMware 宣布了 vSphere 对于支持傲腾内存的支持，支持傲腾内存需要 vSphere 企业增强版以上的版本。

• Memory 模式：从 vSphere 6.5EP13 (ESXi650-201903001) 和 vSphere 6.7EP05 (ESXi670-201811001) 开始支持，这种模式目前仅支持有限的用例，用户要使用这种模式的话请跟 VMware 销售代表联系一下。
• AppDirect 模式：从 vSphere 6.7EP05 开始支持，VMware 鼓励用户多使用这种模式。

用户可以通过 VMware 兼容性指南 VMware Compatibility Guide (VCG) 查找支持傲腾内存的服务器硬件。vSphere 在2路服务器上最多支持 6TB 傲腾内存，在4路服务器上最多支持 12TB 傲腾内存。

vSphere 中的虚机可以通过两种方法来使用傲腾内存：

1. vPMEMDisk (Virtual Persistent Memory Disk)：傲腾内存被映射成为一块虚拟硬盘提供给虚机使用，这种模式下虚机里的操作系统和应用都不需要知道非易失性内存，传统的操作系统和应用都可以正常使用这种模式。
2. vPMEM (Virtual Persistent Memory)：傲腾内存被映射成为虚机中的非易失性内存 (NVDIMM)，这种情况下要求虚机中的操作系统能够支持 NVDIMM (例如 Windows Server 2016 和 RHEL 7.4)，然后把它映射成为存储设备提供给上层应用；如果是 PMEM-aware 应用的话，也可以在虚机里直接访问 vPMEM。

VMware 针对 vSphere 在傲腾内存上的性能提升已经做了很多测试，大家可以参见 VMware 技术白皮书 “Persistent Memory Performance in vSphere 6.7 with Intel Optane DC persistent memory”。在白皮书中，我们可以看到傲腾内存对于提升应用性能还是很有帮助的，把傲腾内存当作存储来用也已经比 SSD 有很大的性能提升；如果是 PMEM-aware 应用，通过针对非易失性内存的优化，性能提升更多。以下是白皮书中的两个例子，一个是利用 IO 测试工具 FIO 测试 4KB 读写，另一个是内存数据库 Redis 在不同配置下的吞吐量比较。

延伸阅读

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• VMware vSAN 是最佳的存储方案平台，具有管理简便、高性能、低成本、易扩展的特点，在 vSAN 平台上可以支持任何类型的应用。
• Intel 至强处理器提供最强计算能力，基于傲腾 (Optane) 和 3D NAND 技术的固态盘是理想的高速缓存，以太网融合网卡提供稳定的网络带宽和低网络延迟。