全閃存架構(gòu)需要從新設(shè)計(jì)

　　SSD與磁盤相比，最大的優(yōu)勢(shì)就在于I/O的讀取速度。從數(shù)據(jù)上看，普通硬盤讀取速度大概是100M/S左右，相比固態(tài)硬盤是250M/S;但不意味著SSD盤讀取速度只是磁盤的2.5倍，因?yàn)榈淖x取速度是指連續(xù)數(shù)據(jù)的讀取速度，鑒于硬盤有尋道時(shí)間開(kāi)銷，SSD沒(méi)有，因此綜合考慮，SSD讀取速度要達(dá)到普通硬盤7~8倍以上。

　　從盤上升到陣列，不是SSD替換磁盤這么簡(jiǎn)單。

　　磁盤陣列的基礎(chǔ)是磁盤，由于磁盤存在尋道時(shí)間開(kāi)銷，所以非常不擅長(zhǎng)處理隨機(jī)I/O，因?yàn)檫^(guò)多尋道勢(shì)必影響陣列的性能。所以，磁盤陣列設(shè)計(jì)的核心就是盡可能處理連續(xù)I/O。

　　與之相比，SSD的優(yōu)勢(shì)是延遲低，但SSD不耐擦寫，經(jīng)過(guò)數(shù)千次擦寫之后，就不能再使用。揚(yáng)長(zhǎng)避短，全閃存陣列設(shè)計(jì)要盡量避免對(duì)SSD多次擦，而不是想盡辦法讓陣列處理連續(xù)數(shù)據(jù)的I/O請(qǐng)求。

　　用SSD對(duì)磁盤進(jìn)行簡(jiǎn)單替換，對(duì)于全閃存陣列來(lái)說(shuō)，無(wú)異于削足適履。對(duì)此，需要用戶提高認(rèn)識(shí)。性能只是全閃存陣列重新設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素，除此之外，還需要考慮快照、克隆(復(fù)制)、精簡(jiǎn)配置和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等功能的實(shí)現(xiàn)，雖然這些在磁盤陣列中已經(jīng)非常成熟，但同樣的規(guī)則和限制并不適用于全閃存的架構(gòu)。

　　鑒別全閃存陣列的關(guān)鍵指標(biāo)

　　弄明白了全閃存陣列設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對(duì)于全閃存陣列的選擇就會(huì)局限在單純IOPS的性能指標(biāo)了。與該數(shù)據(jù)指標(biāo)相比，全閃存陣列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除能力以及數(shù)據(jù)保護(hù)方法都是用戶需要認(rèn)真了解的性能指標(biāo)。在此不妨以EMC 10月15日最新發(fā)布的 XtremIO全閃存橫向擴(kuò)展陣列為例加以說(shuō)明。

　　XtremIO最多由4個(gè)X-Brick(X磚塊)構(gòu)成。其中，第一個(gè)X -Brick(X磚塊)為6U高度，配有25個(gè)400GB SSD，陣列總?cè)萘繛?0TB容量，其中，用戶可用磁盤容量為7.5TB。其余X –Brick為5U高度。X –Brick之間通過(guò)Infiniband交換機(jī)連接。XtremIO的最基本單位是一個(gè)X –Brick，可以橫向擴(kuò)展4個(gè)�？傆�(jì)21U高度，占半個(gè)機(jī)柜。據(jù)透露，EMC會(huì)在明年發(fā)布20TB的X –Brick，屆時(shí)，其存儲(chǔ)容量可以從10TB～40TB，提高到20TB～80TB。

　　XtremIO最多由4個(gè)X-Brick(X磚塊)構(gòu)成

　　40TB也好，80TB也好，與磁盤陣列相比，全閃存陣列的容量偏小，實(shí)際上，用戶實(shí)際使用容量還不到40TB，大概只有30TB，如此小的容量，會(huì)不會(huì)限制全閃存陣列的推廣和應(yīng)用呢？這就會(huì)涉及全閃存陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的方式。

　　在此仍以X-Brick為例，它采用所謂雙階原數(shù)據(jù)引擎技術(shù)，也就是首先將數(shù)據(jù)按照4KB大小區(qū)分為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)塊，采用哈希算法形成數(shù)據(jù)指紋。第二步將這些數(shù)據(jù)指紋映射到內(nèi)部物理地址存儲(chǔ)。如此就徹底打破了原有按邏輯地址管理數(shù)據(jù)的方式，按照4KB，數(shù)據(jù)徹底打亂，百分之百碎片化。這樣做的好處在于可以進(jìn)行在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。據(jù)EMC提供的數(shù)據(jù)，單個(gè)XtremIO集群配置經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)消重，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)250TB有效容量，從而減少應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)容量的需求。

全閃存陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

　　與之相比，磁盤陣列絕大多數(shù)會(huì)按照邏輯地址次序，排放數(shù)據(jù)在內(nèi)部的磁盤上，因?yàn)轫樞虿僮餍阅軐?duì)于磁盤而言都是最好的，因此沒(méi)必要打亂這個(gè)次序，如果某些操作會(huì)打亂次序，形成數(shù)據(jù)碎片，就會(huì)存儲(chǔ)性能造成很大損耗，這也是傳統(tǒng)磁盤陣列很難實(shí)現(xiàn)線內(nèi)去重的重要原因。

　　全閃存陣列數(shù)據(jù)保護(hù)

　　數(shù)據(jù)保護(hù)也是磁盤陣列需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，會(huì)采用RAID技術(shù)、快照技術(shù)等保護(hù)數(shù)據(jù)。以常用的RAID 5、RAID6為例，RAID5一個(gè)前端寫操作，會(huì)導(dǎo)致后端有兩個(gè)讀操作一個(gè)寫操作，其寫放大是200%; RAID6前端一個(gè)寫操作，會(huì)導(dǎo)致后端的3個(gè)讀操作和一個(gè)寫操作，其放大率是300%，這非但是性能的損耗，同時(shí)對(duì)閃存壽命也會(huì)有損耗，因此傳統(tǒng)的針對(duì)磁盤的RAID技術(shù)不適用于全閃存陣列，必須采用新的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。

　　XtremIO采用了獨(dú)特的XDP數(shù)據(jù)保護(hù)方式，這是一種基于閃存的專用算法，一來(lái)應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的SSD故障故障，同時(shí)讓用戶可以100%使用XtremIO的容量，不損失性能。這是傳統(tǒng)磁盤陣列以及某些全閃存陣列都做不到的事情。前面說(shuō)過(guò)，一個(gè)10TB X –Brick，其可用容量只有7.5TB，其余2.5TB容量被系統(tǒng)使用，一部分用于存放元數(shù)據(jù)(指紋)，據(jù)EMC提供的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)7.5TB數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)量約為100GB左右，并不占用多少存儲(chǔ)空間。其余容量被XDP用于數(shù)據(jù)保護(hù)，當(dāng)有SSD盤損壞時(shí)，XDP恢復(fù)數(shù)據(jù)并重新進(jìn)行恢復(fù)。據(jù)EMC發(fā)布的數(shù)據(jù)，有用戶測(cè)試，接連拔了5塊SSD盤(不能夠同時(shí))，系統(tǒng)數(shù)據(jù)不丟失，性能不受影響。

　　對(duì)于XtremIO而言，系統(tǒng)性能不受數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量影響，可以確保系統(tǒng)性能的一致性。此外，XtremIO全閃存陣列還有一個(gè)獨(dú)特的特性——共享內(nèi)存原數(shù)據(jù)，很多軟件功能，如拷貝等，就可以在系統(tǒng)內(nèi)存的原數(shù)據(jù)操作實(shí)現(xiàn)，不需要讀寫閃存盤。該特性，非常適用于桌面虛擬化等VDI應(yīng)用。但與此同時(shí)，內(nèi)存中保存原數(shù)據(jù)，盡管會(huì)按照一定時(shí)間間隔寫入SSD，但仍存在部分損失元數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)，因此需要對(duì)陣列進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)加裝UPS，確保不出現(xiàn)任何閃失。

系統(tǒng)性能一致性是全閃存陣列重要衡量指標(biāo)

　　全閃存陣列應(yīng)用

　　桌面虛擬化至今沒(méi)有廣泛推廣的重要原因還在于成本，600美元/桌面的優(yōu)勢(shì)并不明顯。但采用XtremIO，可以做到3500個(gè)桌面支持(3500是Link Clone，F(xiàn)ull Clone是2500)。每個(gè)桌面可以實(shí)現(xiàn)Windows 7企業(yè)版(32位或64位)，Office等企業(yè)辦公軟件，40GB SSD存儲(chǔ)配置，其成本可以控制在50美元左右，從而大大增加了桌面虛擬化的吸引力。

　　對(duì)于全閃存陣列而言，基于共享內(nèi)存原數(shù)據(jù)服務(wù)，由于不需要讀寫閃存盤，就使得桌面拷貝變得非常簡(jiǎn)單，拷貝操作完全在內(nèi)存中，以原數(shù)據(jù)操作的方式去解決，其速度非�？欤�不是20%～30%的性能提升，是幾十倍的提升，從大大簡(jiǎn)化了桌面虛擬機(jī)的部署。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)機(jī)事物處理是全閃存陣列另外一個(gè)適用的領(lǐng)域。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用而言，傳統(tǒng)讀寫操作平均延遲在5毫秒左右;采用全閃存陣列，其延遲可以降到1毫秒甚至半毫秒，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用而言，這是一個(gè)巨大的性能提升。采用全閃存陣列可以大幅度改善對(duì)外的服務(wù)質(zhì)量。

　　對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用而言，CPU利用率往往不高，很多維持在30% 左右，其核心就在于CPU等待IO延遲，IO拖累了系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。因此，采用全閃存陣列可以充分釋放CPU的處理能力。

　　全閃存陣列在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)，也可以應(yīng)對(duì)其容量偏小的不足。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用可以充分發(fā)揮全閃存陣列的優(yōu)勢(shì)，也是非常適合全閃存陣列的行業(yè)應(yīng)用�？梢灶A(yù)計(jì)，受成本因素影響，全閃存陣列還主要應(yīng)用在一些高IOPS的應(yīng)用場(chǎng)合，但隨著密度的不斷提高，SSD價(jià)格也會(huì)持續(xù)走低，據(jù)透露24TB容量SSD盤也在研制中，屆時(shí)，全閃存陣列會(huì)迎來(lái)真正的爆發(fā)，從而掀起存儲(chǔ)市場(chǎng)新一輪技術(shù)革命，這都是可以期待的!