个人随笔和一些网文摘录
http://www.dlxp.cn

固态盘技术探秘(二)分析:充分利用SSD需要系统架构的哪些支持?

让我们看看要想充分利用SSD,传统解决方案存在的局限以及存储系统设计相关的一些挑战.

  固态技术一直活跃在存储市场边缘,对于这一领域中那些对存储有专门要求的终端用户来说,磁盘的性能容量不能满足他们的要求。为存储奠定基础的传统硬盘成长的速度已经跟不上服务器带宽、网络技术、CPU的前进步伐。当硬盘容量成倍增长时,其性能最多不过线型提高。因此,那些对性能有特殊要求的用户不得不摒弃传统磁盘驱动器而寻找新的替代品。他们已经发现,无论是DRAM存储阵列还是数据库缓存,固态技术解决方案都是很好的选择。
  最近,企业已开始采用磁盘波形因数以及固态盘(SSD)驱动器中的固态技术。经使用企业发现,SSD固态技术更容易获得。随着磁盘波形因数的便捷化,基于NAND的SSD密度不断增加,价格迅速下跌,其供应商也不断增多。
  此外,对那些高耗电并受散热困扰的数据中心来说,SSD是理想选择,它比传统磁盘耗电和产生的热量均少很多。
  不幸的是,对SSD的讨论,我们通常把重点放在一些小细节上,如对比MLC与SLC、CMOS工艺波长、NAND芯片等,却忽略了整体存储架构的讨论。
  可扩展性
  尽管SSD力求简单,但却受传统存储架构局限性的制约。一方面,固态技术为带宽架构、磁盘和内存缓存技术、b-tree算法、档案系统以及读写技术等新一代创新提供了素材;另一方面,固态技术并没有改变传统企业存储阵列的架构。
  没有厂家和用户的努力,固态技术仍然深陷与传统解决方案斗争的泥潭。如今,这一领域所有现存解决方案所共有的局限性使建立基于SSD的存储系统变得更具有挑战性。
下面让我们看看要想充分利用SSD,传统解决方案存在的局限以及存储系统设计相关的一些挑战:
  1.性能不能累加。由于一些附加的瓶颈,传统存储系统往往制约了SSD潜在性能的发挥。例如,传统阵列提供的每台设备或总设备的性能低于SSD独立使用时的性能。
  我们面临的挑战:传统阵列控制器无法提供SSD所要求的极端性能。
  2.数量有限。由于控制器架构中的缓存软件和硬件跟不上SSD的低延迟和高性能,因此传统存储系统限制了可以纳入一个单一阵列SSD的数量。
  我们面临的挑战:无限添加SSD超过存储控制器的能力范围。
  3. 使用限制。那些支持SSD的阵列将其分配到整个容量中,而不能广泛地将其分配在多个数据集上,也不能根据其性能需求的变化迁入迁出容量。此外,这种阵列限制了先进存储功能的使用,如SSD的自动精简配置和快照功能。总之,这些限制阻碍了SSD的使用,同时对数据放置选择、数据管理以及存储管理等的外部设备来说,也是很大的挑战。
  我们面临的挑战:我们需要在SSD,传统磁盘容量及性能三者之间进行复杂的整合,以便其适用于动态需求,从而使成本有效利用。
  4.超出阵列带宽尺度。最后,受控制器配置限制的传统存储阵列在使用SSD时很容易超出内部或外部阵列带宽。如果限制带宽,那么较低性能的旋转磁盘和SSD设备之间的线路争夺将降低存储阵列整体的性能水平,这时的性能水平甚至远远低于受内部控制器架构限制时的性能水平。
  我们面临的挑战:我们不仅要使控制器的性能支持SSD,还要冲破SSD配置的阻碍,对内外部整体带宽依据需求进行缩放。
  这些不是典型的限制,这实际上描述了在今天的市场上许多SSD的使用情况。大多数传统阵列控制器设计的本意就没有与SSD相结合。一些在中等阵列后使用SSD设备的用户,可能甚至不能提供一个单一的SSD设备的全部潜力,这并非不寻常的事情。有了这些阵列,当用户用SSD将性能扩展到下一水平的性能的时候,他们会发现SSD不是万能的,他们仍然面临着传统的扩大性能的瓶颈。当谈到利用SSD的时候——更多性能超出了一些SSD设备可提供的性能的小幅提高,这些性能仍然需要破坏更多的控制器马力或整个的额外的阵列。在这样的情况下,SSD作为一个高性能解决方案就只是虚假的一个说法,存储筒仓、有限的吞吐量和IOPS(每秒输入/输出操作),以及管理的问题仍然潜伏在表面之下,没有得到解决。
  下一代架构
  当SSD被纳入阵列成为一个整合的用新的方案扩展的整体中时,在阵列中,SSD的设置将不再受使用的限制。随着我们头脑中已经确定的一些挑战,以及意识到不同企业工作能力的动态性质的不同,下一代SSD阵列架构的能力变得十分明显。
  这些系统需要:
  •控制器性能。支持SSD的磁盘阵列必要拥有巨大的过量的性能能力,或者控制器的性能可以进一步膨胀,以便扩展SSD超出相对少的数量。
  • 建立SSD的目的。目前市场上有一些解决方案可以有效地利用SSD技术,不需要重要的重新设计控制器软件。基于SSD的系统应该包含旨在处理设备限制如写损失(write penalties)的功能,而在使用传统的磁盘时,让管理功能可全面地使用。专为SSD设计的控制器是让更具有成本效益的SSD媒介变得可用的关键。
  • 数量扩展的SSD。存储阵列应该可以利用不同数量的SSD,没有人为强迫的设备限制或存储功能使用的限制。
  • 带宽扩展。当人们考虑灵活数量的SSD设备的时候,就会出现控制器架构的困惑。由于超出了控制器的性能,内部和外部阵列带宽也应该得到扩展。
  • SSD设备的广泛应用。最终,存储阵列还应该包括一些技术,如自动化的存储分层,基于I/O报告或者对于I/O在一定量或分量水平上的理解。在性能需求出现变化的时候,这让数据最佳地转移进入SSD或从SSD中转移出来,并且跨越一个阵列上的所有数量,让SSD更加广泛和容易地被应用。
  以上这些能力会在下一代阵列中经常出现,因为扩展的时候,模式将需要更改。这种解决方案正在转向scale-out或广泛聚合的架构,并且这些架构细微地被增加到控制器性能和带宽中。当你全力以赴地完成SSD支持方面的工作的时候,这种架构可以轻易地让访问变得广泛,并且实际上也不限制SSD的数量。与设计之初就有对性能的限制的传统阵列相比,无论怎样进行改变,scale-out的SSD架构可更好地满足企业的需求。

  上图:固态硬盘性能的可扩展性。I/O密集型的企业的工作量沿着这条曲线走向,需要精确地调节存储以在最低成本的情况下提供最佳的性能。在传统的阵列那里,性能无法进行精地确匹配,从而导致的结果是,要么是太多成本过高的性能,要么是影响应用程序的一个性能。Scale-out SSD架构可保证性能与需求保持同步。
有了固态硬盘,公司企业可以更有效地使硬盘阵列的性能和他们的需求所匹配,并且避免了不必要的购买存储设备的开支。当对诸多存储阵列和软件许可证的费用进行评估的时候,与传统的大量没有充分利用的磁盘组相比,单一阵列中的固态硬盘性能往往会带来更低的成本。但是虽然固态硬盘与传统架构相比具有节约成本的优势,但是他们在发挥效果方面也会同样受到一些限制。有了合适的可扩展的固态硬盘架构,固态硬盘的投资成本可以被利用很多次。例如通过增加固态硬盘设备的数量,在未来的时间里,成本的增加将比之前更少。如果使用的是性能更加有限的传统阵列,可扩展固态硬盘架构就不需要未来购买那些现在看来必要的价格昂贵的阵列作为补充。
  存储操作成本
  在同样的条件下,通过减少阵列的数量和必须要维护的相关软件,减少消耗的地面空间,以及避免那些必须耗电和冷却的重复阵列硬件,固态硬盘可优化存储的操作成本。
  随着时间的推移,通过详细检查这些花费的总和,我们发现,总体拥有成本降低的梦想毫无疑问可以在固态硬盘的使用中得到实现。有了可扩展固态硬盘,通过降低对看似必要的多种阵列的购买需求(假设使用的是性能受限的传统阵列的话),这些优势可被用来提高功效。更多的是,可扩展固态硬盘架构还将避免迁移数据或者使用性能有限的传统阵列进行工作量划分时的重要的操作成本。
  可扩展性
  在存储解决方案中,不同的架构会产生巨大的差异,固态硬盘呼吁重视这一从没被重视过的领域。我们的建议是:如果你希望用更多的一些价格高昂的固态硬盘来解决性能需要的话,请不要购买阵列。从整体考虑整个系统架构,并且确保该解决方案足够灵活,可充分将固态硬盘与你的存储做法进行兼容,同时扩展还会远远超出你现有的需求。
  固态硬盘技术在企业用户中的最终成功取决于阵列的架构。尽管Flash技术无疑将在许多类型的设备中得到广泛地采用,但是在企业中,如果不考虑怎样与现有存储阵列进行整合的话,固态硬盘设备本质上不会释放其全部的潜力。
  更多的是,不要愚蠢地认为块存储器可分成几个不同的水桶(固态硬盘、光纤通道、SATA接口等),Flash技术的可用性意味着阵列可以达到任何需求的要求。在现实世界中,传统的阵列架构可能让用户不能释放其存储技术的全部潜力。通过应用固态硬盘解决存储空间的性能问题,可扩展固态硬盘将有效地利用固态硬盘提高功效。同时,可扩展性将给更具有成本效益的固态硬盘的使用打开大门,将使固态硬盘技术的成本效益进一步显现。
  虽然许多厂商都在固态硬盘解决方案市场上谋取利益,但是我们看到,一些厂商的一些解决方案正在试图抓住架构基本转变的这一机遇。例如戴尔公司的EqualLogic PS6000系列阵列,Pillar公司的Axiom,EMC公司的V-Max,Atrato公司的固态硬盘解决方案,以及一些异构虚拟化厂商DataCore,飞康公司以及IBM等。随着越来越多的厂商加入到这一市场领域的激烈角逐中,可以明确的是他们的解决方案可以利用成本效益媒介灵活地扩展他们的总体单一系统的性能,我们期待着看到这一名单中的名字的增多。

赞(0)
未经允许不得转载:Leejoa's 生活随笔 » 固态盘技术探秘(二)分析:充分利用SSD需要系统架构的哪些支持?