开源全闪存存储系统：Intel DAOS架构介绍

Question

如题所述

Answer 1

在数据存储领域，Intel DAOS凭借其卓越的性能和开源特性，正在引领分布式全闪存存储的革新潮流。作为一款用户态的存储系统，DAOS巧妙地结合了PMDK和SPDK，以高效地访问SCM和NVMe SSD，提供了非阻塞IO、数据保护和一致性的强大保障。它的核心架构由管理节点、客户端节点和存储节点构成，这些组件在物理部署上灵活多变，无论是高性能计算还是AI场景都能得心应手。

管理节点（Admin Node）是DAOS的控制中心，通过Golang开发的控制平面进行高效运作。数据平面则由C语言编写的CART网络支持，利用RDMA技术，确保了低延迟和高带宽的通信。在存储节点（Storage Node）上，daos_server负责设备管理，daos_engine则负责数据处理，daos_agent确保客户端的认证和状态获取。

DAOS的设计目标是提供一种通用的存储接口，兼容POSIX文件系统、HDF5、MPI.IO、HDFS和AI框架，同时支持多样的数据模型。libdaos作为client-side组件，部署在客户端节点上，执行数据的读写操作。通信网络方面，gRPC用于管理面间的远程通信，而dRPC则负责进程间的本地通信，确保控制与数据平面之间的高效协同。

DAOS系统由多个物理节点组成，每个节点都有独立的存储空间，以DAOS Target的形式存在，类似于Ceph的OSD，但通过单点故障的设计，降低了故障风险。DAOS pool作为逻辑存储空间，通过pool shards进行扩展，这些shards在Target上形成逻辑子空间，提供高效的数据分布和冗余备份。

DAOS Container，类似于S3的bucket，拥有私有对象地址空间，独立于其他Container，并支持快照和事务，其对象分布算法优化了性能和恢复能力。对象的存储模式由Object schema定义，预定义的Object class简化了数据组织。DAOS Object作为基本存储单元，设计简洁，仅包含核心数据，提供了多级键数组API，便于应用层操作。

在数据管理上，DAOS采用Raft协议的key-value存储，RSVC基于Raft服务框架保证数据的高可用性，通过Jump consistent hash算法实现副本一致性。事务处理通过分布式ACID和DTX算法，实现无锁并发控制。写操作流程经过客户端发起、协调副本、异步提交和故障重试等步骤，读操作则根据活跃事务的需要进行事务协调。

DAOS的故障检测和恢复机制依赖于SWIM协议，通过本地健康检查标记故障节点，自动进行pool降级和客户端重试。在数据迁移和扩展上，VOS的多版本设计，结合B+树结构，确保了数据的高效存储和恢复。更新元数据的EV-Tree和R-Tree技术，分别处理版本化索引和读请求的限制搜索空间，而BIO则负责NVMe SSD的磁盘空间管理。

DAOS对POSIX的兼容性体现在其提供的dfuse和interception library上，PMDK、SPDK和User Thread等关键技术的运用，进一步提升了性能。元数据存储在SCM，通过scatter-gather优化顺序读取性能，整体架构的合理性使其在高并发和大容量场景中表现出色。

随着技术的不断发展，DAOS的潜力无限，它将继续引领存储技术的革新，值得我们密切关注。在未来，期待DAOS在更多应用场景中发挥其卓越性能和灵活性。