在云主机内，标准文件系统是不能变化的，因为它是存储与数据库、业务交互的地方。因此，想要进行性能优化，只能考虑在块设备层、硬件驱动、硬件三个模块入手加速本地存储的性能。

　　经过一系列的调研与研发测试，最终在块设备层使用了标准virtio blk驱动;硬件驱动使用了SPDK工具集;硬件使用了NVMe SSD。下面对这三个模块进行详细的解读与分析。

　　VirTio-blk

　　利用Virtio blk可以实现云主机和云物理机之间的高性能数据交互。Virtio提供了半虚拟化的接口，所谓半虚拟化就是在虚拟机和物理机之间通过某种方式(修改了虚拟机某些接口)，从而使得虚拟机和物理机之间实现高速传输，性能比传统的全虚拟化有所提高。

　　Virtio blk是标准块设备接口，通过块设备接口可以对块设备进行格式化、分区、创建文件系统等标准操作，对用户完全透明，数据库无需任何更改。Virtio blk另一个优点是采用了Virtio协议，通过共享环交换数据。在上图中，蓝色部分是虚拟机，红色部分是物理机。虚拟机通过Virtio Front End将数据通过Virtio Ring传递到后端的Virtio Back End;Virtio Back End将这些数据处理后再回传给Virtio Front End，完成了一次数据的交互。

　　SPDK

　　除了Virtio blk之外，SPDK是另一个重要的组件。SPDK全称是Storage Performance Development Kit，它是一组用来编写高性能、高扩展性的用户态存储应用的工具集。

　　相比于SPDK，DPDK可能更为人知，它主要是为了解决网络方面的问题。SPDK在很多模块上是与DPDK共用的，它的核心观点是通过用户态协议加无锁设计加轮询机制达到高性能：

　　(1)用户态协议是指SPDK实现了用户NVMe协议，让用户可以在旁路内核的情况下去访问设备;其缺点是不支持posix API、不支持标准的文件系统，也没有标准的设备支持，应用性较差。

　　(2)无锁设计，对于高性能编程而言，无锁设计都是核心的思想，此次不再展开。

　　(3)轮询机制，SPDK提供了Polling Mode ，它摒弃了内核中常用的中断这类的机制，消除了中断的影响，提高了整体性能。

　　NVMe SSD

　　NVMe SSD有两个核心点：首先SSD是PCI-E的SSD，本身的访问速度是非常快的;采用NVMe之后，速度会更快，NVMe是用来代替SCSI的新协议，它具有高带宽、低延迟的特点，比SCSI协议更简单高效，提高了系统整体的性能。

　　数据链路

　　高性能本地云储存的数据链路如上图所示，在云主机中，核心数据库、POSIX API和标准文件系统保持不变。云数据库通过标准的POSIX API 访问标准文件系统;标准文件系统通过Virtio-Blk和SPDK用户态驱动直接交互，在SPDK用户态驱动中再与NVMe SSD交互，减少了数据链路的长度，同时提高了IO性能。

　　延迟分布

　　高性能本地云储存搭建之后，我们使用了fio磁盘测试工具在CentOS7上对通用虚拟化架构本地盘和阿里云高性能本地存储的随机IO平均延迟进行了对比测试。测试时块设备IO调度器均设置为noop，j2直播，测试参数为--direct=1--bs=4k--iodepth=1--numjobs=1。

　　从上图可以看出，在随机读两方面，阿里云高IO本地盘延迟只有70us左右，而通用虚拟化架构本地盘延迟在130us左右;随机写方面，阿里云高IO本地盘的延迟只有30us左右;通用虚拟化架构本地盘延迟在60us左右。

　　数据库性能对比

　　上图是新旧数据库Index-Update性能对比，可以看到：在旧数据库实例的情况下，TPS只有14242.65、RT为8.21ms;新数据库实例下，TPS可以达到26969.81、RT为1.7ms，整体性能大幅度提升。

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