SPEC(StandardPerformanceEvaluationCorporation，標準性能評估組織)近期公布了最新一批SPEC Cloud®IaaS 2018測試成績，浪潮云海OS創(chuàng)造新的最高紀錄，在全部四項關鍵指標中均獲得第一，成為全球性能、擴展性等綜合性技術水平最高的云平臺軟件，為未來智算中心的建設提供全球領先水準的系統(tǒng)平臺。
SPEC Cloud測試基準 對現(xiàn)實最好的模擬
SPEC Cloud®IaaS 2018 Benchmark是SPEC開發(fā)的評估基于大數(shù)據(jù)場景下的云基準標準測試(SPEC Cloud IaaS 2018是SPEC的第二個基準測試套件來衡量云計算的性能，以原始2016版本為基礎，具有各種增強功能和新的主要指標)，采用Yahoo的YCSB與HiBench的K-Means模擬實際的工作負載。主要測試的是IaaS云平臺性能，選用兩類最重要的和最具代表性的負載：云平臺上運行IO密集型和計算密集型負載，通過加壓測試數(shù)據(jù)面性能、可擴展性以及控制面性能來得到測試結果。
圖1 SPEC Cloud®IaaS 2018測試邏輯架構
IO密集型負載測試：YCSB是Yahoo公司的一個用來對云服務進行基礎測試的工具，SPEC Cloud®IaaS 2018通過創(chuàng)建NoSQL(Cassandra)實例實現(xiàn)YCSB架構。其測試項包括吞吐量、插入響應時間、讀取響應時間、平均應用實例(Application Instance)配置時間。
計算密集型負載測試：K-Means算法是機器學習中常用的一種聚類算法。SPEC Cloud®IaaS 2018基準測試使用HiBench K-Means實現(xiàn)計算密集型測試。其測試項包括完成時間、每個應用實例運行的Hadoop迭代計數(shù)、平均應用實例配置時間。
SPEC Cloud具體測什么
SPEC Cloud®IaaS 2018具有完善技術測試框架，是云計算性能測試的基準，是企業(yè)級客戶云產品選型的重要參考標準。測試框架主要指標包含如下4個方面：
1. 復制的應用實例數(shù)：復制的應用實例數(shù)表示在測試結束時已完成至少一個有效應用的實例總數(shù)?？倧椭茢?shù)是K-Means與YCSB的應用實例總和，但二者任何一項的有效應用實例不能超過總數(shù)的60%。
2. 性能得分：性能得分是所有有效應用實例的得分總和，代表了所有應用在云環(huán)境的總體表現(xiàn)。它是SPEC Cloud®IaaS 2018規(guī)范的YCSB和K-Means性能得分的總和。
3. 相對可擴展性：相對的伸縮度是當多個應用實例同時運行，云環(huán)境未引入其他負載時，每個應用實例能提供與baseline階段的應用實例相同運行水平的百分比。相對可擴展性是IO密集型負載和計算密集型負載兩種負載的相對可伸縮度的平均值，它以百分比表示，結果越高代表相對可擴展性越好。
4. 平均實例的配置時間：平均實例的配置時間表示有效應用實例中，所有實例的平均配置時間。每個實例的配置時間都是從創(chuàng)建實例請求開始到cbtool驅動可以ssh到實例的時間間隔。
根據(jù)公布的測試結果，基于浪潮NF5280M5雙路服務器基礎計算平臺，浪潮云海OS平均虛擬機部署時長僅為36秒，復制的應用實例數(shù)達到18個，性能得分達到20.1分，相對可擴展性達到85.5%，也就是說，平臺可以隨著業(yè)務負載的提高保持近線性的擴展性能，具備強大的彈性部署能力、極低的響應時間，充分保證業(yè)務連續(xù)性。
圖2 浪潮云海OS SPEC Cloud®IaaS 2018測試結果
精細優(yōu)化負載調度算法 提高大規(guī)模場景下虛擬機性能穩(wěn)定性及資源利用率
測試環(huán)境采用1個控制節(jié)點、9個計算節(jié)點的部署架構，計算節(jié)點上通過虛擬機運行實例，并在其中2臺虛擬機上分別運行Cbtool基準測試工具與Time-server服務(時間同步服務)。
圖3 SPEC Cloud®IaaS 2018測試部署架構
浪潮工程師基于Ubuntu系統(tǒng)制作了Cbtool鏡像、Time-server 鏡像、Hadoop鏡像及Cassandra鏡像，其中Hadoop鏡像與Cassandra鏡像安裝了Cloud-init、相應的Hadoop/Cassandra應用，并針對應用報錯對應用的配置文件及相關代碼做了調整。另外，為了快速啟動虛擬機修改grub為系統(tǒng)立即啟動，并將Hadoop鏡像與Cassandra鏡像上傳到浪潮云海OS環(huán)境。
在測試過程中，浪潮工程師分別通過限制每個計算節(jié)點運行的虛擬機數(shù)量、分組調度、IO密集型和計算密集型兩種業(yè)務的親和性策略等進行參數(shù)的調優(yōu)，但效果都不明顯。通過對實際的負載進行監(jiān)控，浪潮工程師發(fā)現(xiàn)負載對CPU、內存及磁盤的調度不均衡，因此對調度算法進行了優(yōu)化，調整了對于CPU、內存及磁盤的調度權重。通過算法優(yōu)化，保證每個應用實例的正常運行前提下提高了整體的應用實例數(shù)，為大規(guī)模場景高密度虛擬機管理提供實踐案例參考。
另外，通過對磁盤IO進行監(jiān)控，浪潮工程師發(fā)現(xiàn)在負載的情況下，虛擬機的磁盤IO性能有所降低。根據(jù)多次定位分析，發(fā)現(xiàn)虛擬機后端與宿主機系統(tǒng)盤處于相同存儲的情況下會導致IO性能降低，因此為了保證讀寫不受宿主機系統(tǒng)盤干擾，選擇將虛擬機后端與宿主機系統(tǒng)盤分離部署。同時，為了保證應用在云環(huán)境的整體表現(xiàn)，浪潮工程師對虛擬機規(guī)格(CPU、內存、硬盤)進行多次調整，且關閉了KVM的內存共享,防止因搶占導致性能降低，關閉了CPU預留和CPU綁定,防止CPU不能被充分利用，最終實現(xiàn)負載的情況下虛擬機的CPU、內存、硬盤都能保持較高的利用率，提高了大規(guī)模場景下虛擬機性能穩(wěn)定性和資源利用率。
圖4 某一節(jié)點內存共享關閉示例
為了降低平均實例的配置時間，浪潮工程師增大了nova并發(fā)任務個數(shù)上限，并實現(xiàn)了鏡像緩存機制。其中，增大nova并發(fā)任務個數(shù)減少了虛擬機建的排隊時間，鏡像緩存解決了同一個鏡像創(chuàng)建多臺虛擬機的流程中頻繁地下載、刪除、再下載鏡像導致耗時嚴重的問題，節(jié)約了鏡像下載到本地所消耗的時間，從而有效提高了創(chuàng)建虛擬機的速度，滿足客戶快速、批量創(chuàng)建虛擬機需求。
圖5 增加nova-conductor的worker數(shù)，提高nova處理能力示例
圖6 鏡像緩存配置示例
為了優(yōu)化并發(fā)場景，浪潮工程師還優(yōu)化了haproxy的線程數(shù)、連接池中保持打開狀態(tài)的最大SQL連接數(shù)、最大允許超出的連接數(shù)。
卓越線性擴展能力 全面支持新型業(yè)務應用上云
SPEC在評估了線程計數(shù)和操作計數(shù)后，選擇了40個線程計數(shù)和400萬個操作計數(shù)作為SPEC Cloud®IaaS 2018 Benchmark的基準。其目標是反映I/O性能的改進，并使YCSB工作負載AI運行周期時間與當前云中的K-Means工作負載保持平衡。
SPEC在擴展階段，為每個應用實例生成數(shù)據(jù)，插入的總記錄保持在1000000。默認記錄長度為1KB，數(shù)據(jù)大小為1GB。復制的有效數(shù)據(jù)大小至少為3 GB，跨越6個Cassandra seeds。
K-Means生成的數(shù)據(jù)集的大小約為415Mb，運行結束時數(shù)據(jù)的總大小約為900MB。使用Hadoop的三副本復制，磁盤上的大小約為2.8GB。使用中等大小的實例，K-Means完成時間和數(shù)據(jù)生成時間與每次運行的YCSB完成時間和數(shù)據(jù)生成時間大致相同。
測試結果顯示，浪潮云海OS可以高效完成I/O、計算等各類負載的調度，并且性能增長還具有領先的線性擴展能力，完全可以滿足用戶從傳統(tǒng)業(yè)務到新型大數(shù)據(jù)、人工智能等創(chuàng)新應用的上云需求。
浪潮云海OS在此次SPEC Cloud®IaaS 2018測試全部四項關鍵指標中均獲得全球第一絕非偶然，是多年研發(fā)積累的體現(xiàn)：浪潮云海OS在全球第二大開源項目OpenStack中持續(xù)位居社區(qū)黃金會員，近幾個版本的社區(qū)貢獻排名穩(wěn)定在全球前十，在最新Ussuri版本社區(qū)貢獻中國第一。2019年浪潮云海OS實現(xiàn)了基于OpenStack Rocky版本的全球最大規(guī)模單一集群實踐，通過國家級權威機構測試認證，被國際知名數(shù)據(jù)分析機構GlobalData評定為“Very Strong(超強勁)”級別。以云海OS為代表的OpenStack作為上云首選已進入大規(guī)模落地實踐期，助力用戶數(shù)字轉型、智能升級、融合創(chuàng)新基礎設施。
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SPEC是由全球幾十所知名大學、研究機構、IT企業(yè)組成的第三方測試組織，擁有SPEC CPU、SPEC Power、SPECCloud、SPEC ML等多項公開的標準化測試規(guī)范和模型。并由SPEC網(wǎng)站上公開測試結果，是全球企業(yè)級客戶進行IT產品、方案選型的主要技術依據(jù)。
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