傲騰記憶體簡介

最近，VMware 宣佈了 vSphere 對於 Intel 傲騰記憶體的支援，傲騰記憶體的全名是 Intel Optane DC Persistent Memory（DCPMM，代號“Apache Pass”）。它是一種非易失性記憶體 (NVDIMM – No-volatile DRAM)，採用跟 Optane SSD 同樣的 3DXpoint 技術，以 DIMM 的形式插在主機板的記憶體插槽上，由 CPU 的記憶體控制器來訪問，它的存取速度雖然比 DRAM 慢一些，但是要遠遠快於 SSD。

Intel 傲騰記憶體提供了 128GB、256GB 和 512GB 三種容量，目前最大容量的單條 DDR4 記憶體條是 128GB，所以傲騰記憶體可以提供遠超現有 DDR4 的記憶體容量，使伺服器的記憶體總量輕易超過 TB 級別。在提供更大容量的優勢下，傲騰記憶體還比傳統的 DDR4 記憶體更便宜，並且是非易失性的，遇到斷電或系統重啟的情況也不會丟失資料。有了傲騰記憶體，伺服器可以大幅度減少對於傳統存放裝置 (SSD 和硬碟) 的依賴，把大部分的操作放在系統記憶體中完成，從而提高系統整體性能。

 

Intel 為傲騰記憶體準備了“Memory”和“AppDirect”兩種訪問模式，分別適用于不同的應用場景。

 

Memory Mode

在這種模式下，傲騰記憶體需要跟 DRAM 記憶體配合使用，DRAM 記憶體作為傲騰記憶體的快取記憶體；系統記憶體的容量由傲騰記憶體 (DCPMM) 的容量所決定，而不包括 DRAM 那部分記憶體。當 CPU 訪問記憶體資料時，記憶體控制器首先檢查 DRAM 緩存，如果要訪問的資料存在，訪問延遲就跟 DRAM 的速度一樣；如果要訪問的資料不在緩存中，則需要從傲騰記憶體讀取，這會造成一點小小的延遲。對於持續的記憶體資料訪問，記憶體控制器會通過應用模式預測來提高緩存的命中率，從而使整體訪問性能接近于全 DRAM 的配置；對於大量的隨機記憶體訪問，系統性能跟 DRAM 相比會有一點損失。另外，在這種模式下，存放在傲騰記憶體中的資料是易失性的，掉電的情況下不會持續保存。

Memory 模式為傳統應用提供了低成本、大容量的記憶體配置，適用於虛擬化的資料庫系統、大資料分析這一類應用；這種訪問模式對於上層的作業系統和應用是透明的，它們不需要知道非易失性記憶體的存在，應用不需要任何修改就可以直接享受傲騰記憶體所帶來的性能提升。

 

AppDirect Mode

在這種模式下，作業系統和應用都需要明確地知道系統中有兩種不同類型的記憶體，清楚地知道應該向 DRAM 和傲騰記憶體中寫入不同類型的資料。不需要持久性存儲但是要求低延遲的資料操作需要在 DRAM 上執行；需要持久性存儲的資料應該被保存到傲騰記憶體中。AppDirect 是使用傲騰記憶體非易失性功能的唯一模式。在這一模式下，系統記憶體的容量是由 DRAM 和傲騰記憶體的總和決定的，這跟 Memory 模式有區別。舉個例子，一台伺服器配有 1.536 TB 傲騰記憶體和 192 GB DRAM，採用 AppDirect 模式的話，系統記憶體總量為 1.728 TB；但是採用 Memory 模式的話，系統記憶體就只有 1.536 TB，因為那 192GB DRAM 只是被用作了快取記憶體。

AppDirect 模式適用於記憶體中資料庫等需要超高速資料存儲的應用，可以把所有的資料都放在記憶體中來處理，傲騰記憶體能有效提升這類應用的性能。但是，這種模式對於作業系統和應用都不是透明的，需要針對非易失性記憶體進行優化，才能夠發揮傲騰記憶體所帶來的優勢。現在已經有不少針對非易失性記憶體優化的應用，稱之為 PMEM-aware 應用，如連線交易資料庫 SQL Server 和記憶體中資料庫 Redis 等，它們能夠充分利用傲騰記憶體的特點發揮出最大的性能優勢。

 

vSphere 對於傲騰記憶體的支援

支援傲騰記憶體需要 vSphere 企業增強版以上的版本。

  • Memory 模式：從 vSphere 6.5EP13 (ESXi650-201903001) 和 vSphere 6.7EP05 (ESXi670-201811001) 開始支援，這種模式目前僅支援有限的用例，使用者要使用這種模式的話請跟 VMware 銷售代表聯繫一下。
  • AppDirect 模式：從 vSphere 6.7EP05 開始支持，VMware 鼓勵使用者多使用這種模式。

使用者可以通過 VMware 相容性指南 VMware Compatibility Guide (VCG) 查找支援傲騰記憶體的伺服器硬體。vSphere 在2路伺服器上最多支援 6TB 傲騰記憶體，在4路伺服器上最多支援 12TB 傲騰記憶體。

 

vSphere 中的虛機可以通過兩種方法來使用傲騰記憶體：

  1. vPMEMDisk (Virtual Persistent Memory Disk)：傲騰記憶體被映射成為一塊虛擬硬碟提供給虛機使用，這種模式下虛機裡的作業系統和應用都不需要知道非易失性記憶體，傳統的作業系統和應用都可以正常使用這種模式。
  2. vPMEM (Virtual Persistent Memory)：傲騰記憶體被映射成為虛機中的非易失性記憶體 (NVDIMM)，這種情況下要求虛機中的作業系統能夠支援 NVDIMM (例如 Windows Server 2016 和 RHEL 7.4)，然後把它映射成為存放裝置提供給上層應用；如果是 PMEM-aware 應用的話，也可以在虛機裡直接訪問 vPMEM。

 

VMware 針對 vSphere 在傲騰記憶體上的性能提升已經做了很多測試，大家可以參見 VMware 技術白皮書 “Persistent Memory Performance in vSphere 6.7 with Intel Optane DC persistent memory”。在白皮書中，我們可以看到傲騰記憶體對於提升應用性能還是很有説明的，把傲騰記憶體當作存儲來用也已經比 SSD 有很大的性能提升；如果是 PMEM-aware 應用，通過針對非易失性記憶體的優化，性能提升更多。以下是白皮書中的兩個例子，一個是利用 IO 測試工具 FIO 測試 4KB 讀寫，另一個是記憶體中資料庫 Redis 在不同配置下的輸送量比較。

 

 

延伸閱讀

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  • VMware vSAN 是最佳的存儲方案平臺，具有管理簡便、高性能、低成本、易擴展的特點，在 vSAN 平臺上可以支援任何類型的應用。
  • Intel 至強處理器提供最強計算能力，基於傲騰 (Optane) 和 3D NAND 技術的固態盤是理想的快取記憶體，乙太網融合網卡提供穩定的網路頻寬和低網路延遲。