首届开发者大会专家访谈 | 一文了解腾讯云存储高性能技术与实践
仰望星空
谢长生
分论坛首先由来自华中科技大学的谢长生教授分享了存储系统技术的发展历史和展望。谢教授首先高屋建瓴地从图灵框架进行介绍，从图灵框架下的计算、传输和存储三大部件的发展历史讲起，指出我们的技术发展路线是非常明了的，即追求越来越快的处理，越来越快的传输和越来越大存储。此后，谢教授就存储这一部件进行了深入剖析。
谢教授认为存储领域的变化主要集中在存储介质、协议的变革和一些新型存储技术的涌现。
1、在存储介质方面，过去是以硬盘存储为主流存储介质，而当下闪存存储则随着其成本的降低，逐渐地成为主流介质；在未来，STT、RRAM、3DXP等多种存储介质将随着其成本的下降，进一步商业化。
2、在协议方面，谢教授认为随着硬件性能的不断提升，协议栈的性能将成为也影响存储系统的重要因素。纵向上来看，可以通过缓存技术优化存储系统的性能；横向上来看，则可以通过高性能的分布式存储系统，提高整体的并发能力。
3、谢教授进一步为我们介绍了智能存储、AI存储、内存计算、计算型存储、类脑存储和区块链存储等多项近年来热门的新型存储技术。
谢教授认为，数据爆炸性的增长给存储技术提出了空间的挑战，主流存储介质正在发生一个重大的转移，即从磁性介质到闪存介质，往后新型的非易失存储也会逐渐商业化。新型的存储架构则随着新型的存储介质将会得到进一步发展。新型的存储系统结束也将随着AI、5G、物联网的技术的发展而不断涌现，以满足大数据时代对存储系统的要求和挑战。
王银虎
此后，腾讯云块存储专家工程师王银虎介绍了块存储在高性能存储技术的具体实践。低延迟和高并发是高性能实践中遇到的首要问题，王银虎为我们总结了腾讯云块存储在客户端存储所做的优化。
1、第一种提高性能的方式是利用SPDK直接访问NVME设备实现内核IO栈的卸载降低延迟。
一方面，数据从QEMU块驱动出来后，不经过内核，直接在SPDK这类模式下，将数据交付到后端的集群；
另一方面，块存储团队调整了数据交付到后端集群过程中的进程管理，将vhost进程跟driver进程捏合在一个进程内，变成一个进程中的两个独立线程，从而实现零拷贝，减少了数据原来两个进程间数据拷贝的耗时。
同时，通过负载均衡，提高CPU的利用效率，以及流水线的水平扩展，进一步提高块存储的性能水平。
2、第二种提高性能的方式则是利用基于RDMA的高速通信框架来实现对网络协议栈的卸载。
RDMA是一种host-offload, host-bypass技术，允许应用程序(包括存储)在它们的内存空间之间直接做数据传输。
具有RDMA引擎的以太网卡(RNIC)--而不是host--负责管理源和目标之间的可靠连接。王银虎向听众展示了基于Iscsi、基于NBD和基于RDMA的技术实现带来的性能收益，明显可以看到基于RDMA的方式减少了云硬盘50%的延迟。
严俊明
近年来随着云计算技术不断深入普及，用户也不再只是满足于数据存储需求，更希望存储在云上的数据能产生价值，大数据分析技术也在发生着巨大的转型。传统的存储和计算混布的架构也正一步一步朝着存储和计算分离的架构发生着演变。面对这样的发展趋势，腾讯云存储也基于对象存储推出了新型的云HDFS产品。
腾讯云对象存储专家工程师严俊明为我们介绍了这一新型产品的技术架构和实践。
1、对象存储具有灵活、扁平化的优势，但在处理大数据分析的场景时，会遇到诸如追加写的问题、目录操作的延迟问题等挑战。腾讯云HDFS产品通过我们的元数据管理，加上对象存储本身提供的存储容量的能力，可以做到云数据操作的低延时；此外，基于腾讯云的体系，也可以保证整个数据操作流程上的安全性。
2、严俊明分享了云HDFS的整体架构，主要由客户端、文件和目录索引以及底层的自研数据库和对象存储平台。通过这一套架构，数据可以直接通过客户端到我们的对象存储，不经过任何的中间转化，可以保证整个带宽的高效利用。
3、此外，他还分享了云HDFS在生产环境中的测试数据，展示了云HDFS在高带宽利用率、低延时以及动态更新等方面的优点。同时，他还展示了云HDFS丰富的使用方式，以及基于腾讯云权限体系的安全访问架构。
小程序+云存储
贺永红
夯实的存储能力使得腾讯云存储有底气为用户提供可靠的云服务，在过去一年中，腾讯云存储也积极构建产品生态，联合小程序云开发为更多开发者带来便捷的开发体验。小程序作为一种新的开放能力，开发者既可以在小程序上快速地实现和验证自己的商业构想，也可以利用小程序为自己的应用获取更多的流量加持。
对象存储高级产品经理贺永红分享了小程序在云存储上的商业实践案例，展示了云存储在小程序时代所扮演的角色。
对象存储产品生态结构主要分为3层：
其一是基于CDN的上传和下载网络，为用户提供遍布全球的分发节点以加速用户访问。
其二是基于对象存储的PAAS和SAAS产品，如可以进行鉴黄等内容识别功能以及压缩、盲水印功能的数据万象产品；以及各类存储产品解决方案，如智能安防、医疗影像等。
其三是作为底层存储平台的对象存储，可以为用户提供高可用的数据持久存储。
此外，针对对象存储的访问安全、数据持久存储、系统的高可用等技术架构，一一进行了介绍。此后，他进一步分享了基于对象存储的若干小程序案例，如腾讯“乘车码”小程序，香格里拉智能入住小程序，作业盒子在线教育小程序；展示了对象存储作为小程序上图片、音视频等内容的存储平台的优点。
微信后台海量数据存储
承载千亿级并发洪峰流量
郑建军
来自微信事业群分布式存储专家工程师郑建军在此后进一步分享了微信分布式存储系统的挑战，介绍了微信这样行业领先的国民应用所采用的高性能存储技术。
1、微信底层存储针对微信的具体应用场景进行了针对性的优化。
存储引擎方面，采用大小表的存储方式去存储数据，将好友通讯录等应用的存储性能提升了将近1倍；
数据保障方面，采用多副本、数据一致性协议以及数据对齐等多项技术，保障数据的持久性；
在突发事件调控方面，采用队列优先级控制，保障系统在高负载的情况下能够高效地执行和输出。
2、郑建军还分享了微信在存储系统高可用方面的优化。
首先是非租约的Paxos实现，保障系统宕机过程中数据读写的成功率；
其次是存储集群机器的分而治之，大系统小做，同时对不同集群进行逻辑上的隔离；
最后是多副本的数据对齐策略，将数据划分至不同的复制分组，在一个分组里面，数据可以独立进行，其容错跟容灾是相互不影响。
多媒体存储
孙云清
论坛最后一个议题是腾讯技术工程事业群图片业务技术副总监孙云清分享的《多媒体存储，高效缓存和实时处理的强强结合》，介绍了腾讯在过去十年图片业务在架构上的发生变化，以及图片压缩技术的发展。
1、多媒体文件应用场景比较特殊，往往需要用户端展示时有多种不同的分辨率以及文件格式。在过去十年来，我们也经历了移动互联网的飞速发展，各类终端对图片处理技术的要求也越来越高。对于后端图片业务架构而言，越来越高的性能、越来越低的延迟以及越来越低的成本是重大的挑战。
2、孙云清首先介绍了缓存技术的架构和实现，展示了图片业务如何保障业务性能的前提下，提升空间利用率，降低业务成本。此后，她进一步介绍了图片业务在弹性资源的实践，通过弹性调度系统协调低负载的资源，应对突发业务的计算需求，从而降低设备闲置率和业务使用成本。
3、孙云清还介绍了图片压缩技术的发展。TPG作为腾讯自研图片格式，相较JPG格式能够降低40%~50%的存储空间。其主要原理是利用人眼对蓝光和黄光的敏感度差异构造图片。人眼对黄光区域的蓝光以及人眼对蓝光高频变化不敏感，因此对这部分区域的精细结构敏感度较低，因此可以对这部分区域采用低精度的编码，减少数据的存储容量。
随着5G、物联网等网络技术的发展，海量数据源源不断产生；随着4K/8K高清、AR/VR等新应用的普及，人工智能、大数据等应用深入数据体量急速膨胀；数据呈指数级增长，数据大爆炸已经来临。
腾讯云存储在存储领域将会继续砥砺前行，为开发者和客户提供持久高可用的存储服务。
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