眾所周知，內(nèi)存與存儲之間存在巨大的性能鴻溝，兩者的性能幾乎有數(shù)百萬倍的差距。
但在強調(diào)用戶體驗的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，每一秒的延遲可能都會導(dǎo)致用戶流失，為了提升數(shù)據(jù)訪問性能，是否可以將數(shù)據(jù)庫放置到內(nèi)存當(dāng)中?這就是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫redis誕生的背景，redis在一定程度上緩解了性能需求，提升了用戶體驗。
但是另外一個問題隨之誕生。
目前主流的服務(wù)器內(nèi)存基本都是dram，縱觀數(shù)十年來的dram發(fā)展情況，再結(jié)合未來發(fā)展趨勢,比如dram的頻率從十年前ddr3的1033mhz，到現(xiàn)在的ddr4的3200mhz以及未來的ddr5，性能確實越來越高。但是容量呢?
dram內(nèi)存的單位容量幾乎沒有太大的起伏，盡管服務(wù)器內(nèi)部使用時的ddr內(nèi)存從主流的16gb過渡到32gb，但單條ddr內(nèi)存的容量始終保持在最大128gb，多少年來，幾乎沒有變化。
當(dāng)然，服務(wù)器隨著處理器的更新?lián)Q代而不停地更新，單顆處理器可支持的內(nèi)存通道數(shù)量從原來的4通道發(fā)展到現(xiàn)在的6通道、8通道，在一定程度上增加了可部署的內(nèi)存容量。但這依然“治標(biāo)不治本”，一則服務(wù)器的物理尺寸是業(yè)內(nèi)標(biāo)準的，很難變動，這意味著物理空間受限，很難設(shè)計更多的內(nèi)存插槽;二則內(nèi)存的單位成本雖然根據(jù)市場波動略有起伏，但總體變化不大，容量越大的內(nèi)存也意味著成倍的成本增加。
這個看似無解的問題，隨著inteloptane中文名：傲騰)系列產(chǎn)品的發(fā)布而出現(xiàn)了曙光。inteloptane用全新的3dxpoint材質(zhì)，有類似相變存儲的特性。其主要意義可以用兩點來概括：高性能與非易失性。
intel率先推出了傲騰ssd，與傳統(tǒng)的nandssd相比，其擁有均衡的讀寫性能，而延遲則低一個數(shù)量級，讓市場領(lǐng)略到了傲騰的高性能。但ssd通常使用pcie通道，pcie技術(shù)的性能并不足以完全發(fā)揮出optane的性能優(yōu)勢。因此，intel又推出了optanepresistentmemory(傲騰持久內(nèi)存，簡稱pmem)。
傲騰持久內(nèi)存是一個全新的產(chǎn)品，其填補了內(nèi)存與主存儲之間的性能鴻溝。
傲騰持久內(nèi)存所帶來的現(xiàn)實意義，其延遲在納秒級別，遠遠小于nandssd的微秒級別延遲，可以為應(yīng)用增加一個新的存儲層，極大地提升應(yīng)用響應(yīng)速度
相比于cpu訪問內(nèi)存的延遲，訪問傲騰持久內(nèi)存的延遲肯定要高出很多。但傲騰持久內(nèi)存的意義在于，其容量非常大，比如第一代傲騰持久內(nèi)存pmem100的最小容量為128gb，后又陸續(xù)發(fā)布750gb與1.5tb的產(chǎn)品，單條傲騰持久內(nèi)存的容量遠超傳統(tǒng)dram內(nèi)存。
而且傲騰持久內(nèi)存的意義還在于，具備非易失性存儲特性，這是dram內(nèi)存所沒有的，這意味著即使在掉電的情況下，傲騰持久內(nèi)存依舊擁有保存數(shù)據(jù)的能力。
正因為傲騰持久內(nèi)存同時具有dram的高性能和nandssd的非易失性存儲特性，使得其使用也非常靈活，既可以作為dram內(nèi)存的補充，增大系統(tǒng)內(nèi)存容量(內(nèi)存模式);又可以作為直接數(shù)據(jù)存儲(應(yīng)用直連模式);還可以一部分用作內(nèi)存，一部分用作數(shù)據(jù)持久存儲(混合模式)。
傲騰持久內(nèi)存擁有dram的特性，使得其可以作為傳統(tǒng)dram內(nèi)存的補充，極大地增大應(yīng)用或系統(tǒng)可用的內(nèi)存空間，且無需應(yīng)用任何改動。這天然就是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的最佳載體。比如在saphana解決方案中，就已經(jīng)認證使用了傲騰持久內(nèi)存產(chǎn)品。
而現(xiàn)在，新浪也考慮使用傲騰持久內(nèi)存來承載其redis數(shù)據(jù)庫，為用戶帶來更快、更好的訪問體驗。為了驗證傲騰持久內(nèi)存替代傳統(tǒng)內(nèi)存能否真的能夠滿足線上業(yè)務(wù)的需求，新浪在使用傲騰持久內(nèi)存之前，部署了一套貼近真實應(yīng)用環(huán)境的redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫環(huán)境，使用傲騰持久內(nèi)存作為內(nèi)存(內(nèi)存模式)，利用memtier_benchmark工具對redis實例進行壓力測試，評估傲騰持久內(nèi)存在redis數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的性能表現(xiàn)。
新浪用于部署redis數(shù)據(jù)庫環(huán)境的硬件平臺。采用近乎相似的硬件，圖左使用傲騰持久內(nèi)存來增大系統(tǒng)內(nèi)存容量，圖右的硬件平臺則采用傳統(tǒng)的dram方案
測試中所使用的memtier_benchmark軟件是redislabs推出的一款命令行工具，它能夠產(chǎn)生各種各樣的流量模式，可以對memcached和redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫實例進行基準性能測試，其測試結(jié)果已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫性能評估的事實標(biāo)準。
在測試場景一中，根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求對memtier_benchmark的測試流進行調(diào)節(jié)，模擬數(shù)據(jù)塊大小為512kb尺寸的混合讀寫場景，讀寫比例為1:2，分別測試傲騰持久內(nèi)存和dram內(nèi)存的讀寫性能以及平均響應(yīng)延遲。
需要注意的是，在測試中選用了512kb這一尺寸較大的數(shù)據(jù)塊，其原因在于，當(dāng)傲騰持久內(nèi)存添加到服務(wù)器系統(tǒng)中，并使用內(nèi)存模式時，原來的dram內(nèi)存將作為傲騰持久內(nèi)存的緩存，當(dāng)較小的數(shù)據(jù)塊訪問，cpu可能實際訪問的就是dram內(nèi)存，其性能和延遲與使用dram內(nèi)存時幾乎沒有區(qū)別。因此在測試時選用了更大尺寸的測試數(shù)據(jù)塊，以評估傲騰持久內(nèi)存和傳統(tǒng)dram內(nèi)存的性能差異。
上圖即為傲騰持久內(nèi)存(aep)和傳統(tǒng)dram內(nèi)存(ram)的redis性能對比圖，從圖中可以看到，即使是在512kb較大尺寸的數(shù)據(jù)塊混合讀寫時，盡管dram的性能更高，但差距并不明顯。而且隨著壓力測試時間的不斷持續(xù)，傲騰持久內(nèi)存與dram內(nèi)存之間的性能差距有變小的趨勢，這說明傲騰持久內(nèi)存完全有能力替代傳統(tǒng)dram內(nèi)存。
傲騰持久內(nèi)存與傳統(tǒng)dram內(nèi)存在redis數(shù)據(jù)庫測試中的平均延遲曲線圖?？梢钥吹?，盡管傲騰持久內(nèi)存的延遲略高，但并不明顯，僅有大約5%的差距，這說明傲騰持久內(nèi)存擁有良好的性能穩(wěn)定性，可以作為傳統(tǒng)dram內(nèi)存的補充。
在實際應(yīng)用環(huán)境中，io數(shù)據(jù)塊的尺寸是不同的，通常有多種不同大小的數(shù)據(jù)塊并發(fā)訪問。因此，根據(jù)這一實際情況，在接下來的測試中采用了兩種尺寸的數(shù)據(jù)塊，分別為4kb和512kb，兩種尺寸的數(shù)據(jù)塊同時對redis數(shù)據(jù)塊進行并發(fā)讀寫測試，并按不同混合比例(20%、40%、50%、60%與75%)下的性能進行統(tǒng)計，并對比。
從上圖可以看出，在不同混合比例的大小數(shù)據(jù)塊壓力測試中，盡管傲騰持久內(nèi)存的平均延遲稍高，但幾乎與傳統(tǒng)dram內(nèi)存沒有明顯差異。
同時，測試還對由多個redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫組成的集群進行了壓力測試，結(jié)果如下：
傲騰持久內(nèi)存的性能表現(xiàn)盡管會稍低傳統(tǒng)dram內(nèi)存，但差異并不明顯。這意味著兩者的性能很接近，在應(yīng)用層面并不會造成明顯的差異，進而導(dǎo)致不良的用戶體驗。這也意味著傲騰持久內(nèi)存完全能夠替代傳統(tǒng)dram內(nèi)存。
而相比于容量發(fā)展幾乎穩(wěn)定的dram內(nèi)存而言，傲騰持久內(nèi)存即將推出第二代pmem200系列產(chǎn)品，相比第一代傲騰持久內(nèi)存，其單條性能增加至少25%，同時在新一代intel處理器中，將支持8通道內(nèi)存，這意味著在單臺服務(wù)器中可使用的傲騰持久內(nèi)存數(shù)量進一步增加，據(jù)估計，單機性能將有50%的性能增長。
除了性能之外，傲騰持久內(nèi)存的容量也將進一步增長，其擁有類似nandssd的容量發(fā)展路線。這意味著傲騰持久內(nèi)存不僅容量增長，性能也會隨之增長。替代傳統(tǒng)dram內(nèi)存大有可為。