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当前,企业在数据存储系统的设计中,必须突破机械式磁盘驱动器的局限性,尤其是减少机械式磁盘驱动器的高延时和低IOPS给系统性能带来的不利影响。随着固态硬盘(SSD)的出现,企业存储系统的设计思路也在改变。
SSD是由控制单元和固态存储单元(DRAM或Flash芯片)组成的硬盘。固态硬盘的接口规范、功能及使用方法与普通磁盘相同。因为SSD没有普通磁盘的旋转介质,所以抗震性极佳。SSD可广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等领域。如果只是简单地用SSD替换传统的磁盘驱动器,那么当添加的SSD过多时,可能导致存储系统的崩溃。位于美国明尼苏达州的StorageIO集团创始人和资深分析师Greg Schulz表示:“SSD带来了新的性能要求,而存储控制器才刚刚开始适应这种要求。目前,用户应该仔细了解存储厂商提出的建议,然后再决定在存储系统中加入多少个SSD。”
以下给出了目前在存储系统中使用SSD的4种方法:添加SSD驱动器,替代普通的磁盘驱动器;将NAND闪存用作存储控制器的缓存;将NAND闪存用在服务器而不是存储控制器上;构建独立的SSD阵列。由于SSD价格太高,大多数厂商目前只是把SSD作为整个存储系统的缓存,只有极少数厂商推出了独立的SSD阵列。
代替磁盘驱动器
人们可以通过光纤通道(FC)、SATA或者SAS等接口直接添加SSD驱动器,代替普通的磁盘驱动器。这是在原有存储阵列中增加SSD的最简单易行的方法。虽然在添加SSD之前必须对SSD进行严格测试,但是在加入SSD后,原有的存储系统改动不太,仍然可以发挥作用。
上述方法存在两个缺点:一是SSD和普通磁盘之间不能实现自动数据迁移,二是存储控制器存在性能瓶颈。尽管如此,绝大多数厂商还是选择了这种方法,比如EMC、Compellent、富士通、惠普、HDS、IBM、LSI、Pillar数据系统、Sun以及许多小型的存储阵列厂商,在提供普通磁盘驱动器的同时也提供SSD。其中,大部分厂商都在使用STEC公司的SSD驱动器。这是因为STEC是第一家能够提供满足企业级存储需求的SSD产品的厂商。随着其他磁盘驱动器厂商涉足企业级存储领域,比如希捷、Pliant技术公司、SandForce公司以及Intel等,STEC公司在SSD方面的主导地位将受到冲击。
用作存储控制器的缓存
NetApp和Sun采用NAND闪存作为缓存,解决了SSD和磁盘之间数据自动迁移的问题。不过,NetApp和Sun在引入SSD时,改变了原有存储系统的架构,以便消除在添加过多SSD时可能给存储阵列带来的不利影响。NAND闪存被放置在磁盘驱动器的前端,而不是直接取代磁盘驱动器。这种方法可以使所有数据和应用从SSD中受益,而不仅仅是保存在SSD层中的数据。
NetApp公司提供的性能加速模块(PAM)可以插在任何NetApp文件服务器空闲的PCI高速插槽上。目前,每台NetApp文件服务器最多可以安装5个PAM模块,提供80GB的统一缓存容量。未来,NetApp公司还会推出更高密度的PAM模块,提供的缓存容量将达到512GB。
与NetApp不同,Sun将闪存用在Sun Storage 7000统一存储系统中,为所有的读写操作提供缓存,而不仅仅是存储元数据。Sun Storage 7000统一存储系统基于x86 平台,运行Solaris操作系统,提供优化的存储堆栈以及动态文件系统(ZFS),支持由DRAM缓存、SSD和机械磁盘组成的混合存储池。
SSD被安装在基于DRAM的适应性替换缓存(ARC)和SATA磁盘驱动器之间。ZFS Intent Log(ZIL)被写入到针对写操作优化的SSD中,允许文件系统从失败中恢复。L2ARC缓存由针对读操作优化的SSD构成,可为数据读操作扩展基于DRAM的ARC缓存。L2ARC缓存容量最大可达数百GB,用于保存工作数据,以便尽可能地减少磁盘访问。采用混合存储池的Sun Storage 7000的性能可达到80万IOPS。
将NAND闪存用于服务器
虽然Sun Storage 7000是一个独立的存储系统,但它还是提供了论据,让一些人认为闪存更适合用在服务器而不是存储控制器中。
Fusion-io公司技术总监David Flynn表示,就像L2缓存扩展了CPU内存以及DRAM扩展了L2缓存那样,闪存可以用来扩展DRAM。Fusion-io公司的ioDrive和ioDrive Duo NAND闪存PCI高速卡为服务器提供了直连存储(DAS)。作为一家销售存储和服务器的公司,Sun也赞同服务器是应用闪存的最佳产品。闪存的出现使得服务器的结构发生了改变。下一代服务器将使用闪存扩展DRAM缓存。
独立的SSD阵列
基于SSD的存储系统可以作为磁盘阵列的补充,与传统的磁盘阵列并行运行。这种使用SSD阵列的方式对原有存储环境的破坏性最小。Texas Memory系统公司是领先的独立SSD阵列厂商。它既提供基于DRAM的SSD阵列,也提供基于NAND闪存的SSD阵列。Texas Memory系统公司通过直销以及与BlueArc、NetApp和其他公司的OEM方式来销售其RamSan产品系列。
SSD阵列的不足之处在于,不能利用现有的存储阵列组件,且价格过于昂贵。与其他存储架构方式相比,SSD阵列与磁盘层的集成性较差,使得数据在SSD驱动器与磁盘层间的迁移会面临更多困难。
2009年5月,IBM在高端存储陣列DS8000中增加了SSD。IBM开发出一种智能数据管理软件,可以在缩短SSD响应时间的同时降低成本。IBM的Power服务器系统也能支持SSD。
2010年3月,Isilon公司正式发布支持SSD的集群存储产品IQ 10000X-SSD、IQ 32000X-SSD和IQ 500S-SSD。上述产品将SSD与SATA磁盘组合在一起,元数据存储在SSD上,从而提升了整个存储系统的I/O能力。
2010年3月,3PAR公司在宣布支持一种低成本、低功耗的新型SSD——STEC MACH8的同时,推出了自适应优化(Adaptive Optimization)软件。该软件能够实现3PAR InServ F级和T级存储服务器存储子卷的自动分层。
SSD是由控制单元和固态存储单元(DRAM或Flash芯片)组成的硬盘。固态硬盘的接口规范、功能及使用方法与普通磁盘相同。因为SSD没有普通磁盘的旋转介质,所以抗震性极佳。SSD可广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等领域。如果只是简单地用SSD替换传统的磁盘驱动器,那么当添加的SSD过多时,可能导致存储系统的崩溃。位于美国明尼苏达州的StorageIO集团创始人和资深分析师Greg Schulz表示:“SSD带来了新的性能要求,而存储控制器才刚刚开始适应这种要求。目前,用户应该仔细了解存储厂商提出的建议,然后再决定在存储系统中加入多少个SSD。”
以下给出了目前在存储系统中使用SSD的4种方法:添加SSD驱动器,替代普通的磁盘驱动器;将NAND闪存用作存储控制器的缓存;将NAND闪存用在服务器而不是存储控制器上;构建独立的SSD阵列。由于SSD价格太高,大多数厂商目前只是把SSD作为整个存储系统的缓存,只有极少数厂商推出了独立的SSD阵列。
代替磁盘驱动器
人们可以通过光纤通道(FC)、SATA或者SAS等接口直接添加SSD驱动器,代替普通的磁盘驱动器。这是在原有存储阵列中增加SSD的最简单易行的方法。虽然在添加SSD之前必须对SSD进行严格测试,但是在加入SSD后,原有的存储系统改动不太,仍然可以发挥作用。
上述方法存在两个缺点:一是SSD和普通磁盘之间不能实现自动数据迁移,二是存储控制器存在性能瓶颈。尽管如此,绝大多数厂商还是选择了这种方法,比如EMC、Compellent、富士通、惠普、HDS、IBM、LSI、Pillar数据系统、Sun以及许多小型的存储阵列厂商,在提供普通磁盘驱动器的同时也提供SSD。其中,大部分厂商都在使用STEC公司的SSD驱动器。这是因为STEC是第一家能够提供满足企业级存储需求的SSD产品的厂商。随着其他磁盘驱动器厂商涉足企业级存储领域,比如希捷、Pliant技术公司、SandForce公司以及Intel等,STEC公司在SSD方面的主导地位将受到冲击。
用作存储控制器的缓存
NetApp和Sun采用NAND闪存作为缓存,解决了SSD和磁盘之间数据自动迁移的问题。不过,NetApp和Sun在引入SSD时,改变了原有存储系统的架构,以便消除在添加过多SSD时可能给存储阵列带来的不利影响。NAND闪存被放置在磁盘驱动器的前端,而不是直接取代磁盘驱动器。这种方法可以使所有数据和应用从SSD中受益,而不仅仅是保存在SSD层中的数据。
NetApp公司提供的性能加速模块(PAM)可以插在任何NetApp文件服务器空闲的PCI高速插槽上。目前,每台NetApp文件服务器最多可以安装5个PAM模块,提供80GB的统一缓存容量。未来,NetApp公司还会推出更高密度的PAM模块,提供的缓存容量将达到512GB。
与NetApp不同,Sun将闪存用在Sun Storage 7000统一存储系统中,为所有的读写操作提供缓存,而不仅仅是存储元数据。Sun Storage 7000统一存储系统基于x86 平台,运行Solaris操作系统,提供优化的存储堆栈以及动态文件系统(ZFS),支持由DRAM缓存、SSD和机械磁盘组成的混合存储池。
SSD被安装在基于DRAM的适应性替换缓存(ARC)和SATA磁盘驱动器之间。ZFS Intent Log(ZIL)被写入到针对写操作优化的SSD中,允许文件系统从失败中恢复。L2ARC缓存由针对读操作优化的SSD构成,可为数据读操作扩展基于DRAM的ARC缓存。L2ARC缓存容量最大可达数百GB,用于保存工作数据,以便尽可能地减少磁盘访问。采用混合存储池的Sun Storage 7000的性能可达到80万IOPS。
将NAND闪存用于服务器
虽然Sun Storage 7000是一个独立的存储系统,但它还是提供了论据,让一些人认为闪存更适合用在服务器而不是存储控制器中。
Fusion-io公司技术总监David Flynn表示,就像L2缓存扩展了CPU内存以及DRAM扩展了L2缓存那样,闪存可以用来扩展DRAM。Fusion-io公司的ioDrive和ioDrive Duo NAND闪存PCI高速卡为服务器提供了直连存储(DAS)。作为一家销售存储和服务器的公司,Sun也赞同服务器是应用闪存的最佳产品。闪存的出现使得服务器的结构发生了改变。下一代服务器将使用闪存扩展DRAM缓存。
独立的SSD阵列
基于SSD的存储系统可以作为磁盘阵列的补充,与传统的磁盘阵列并行运行。这种使用SSD阵列的方式对原有存储环境的破坏性最小。Texas Memory系统公司是领先的独立SSD阵列厂商。它既提供基于DRAM的SSD阵列,也提供基于NAND闪存的SSD阵列。Texas Memory系统公司通过直销以及与BlueArc、NetApp和其他公司的OEM方式来销售其RamSan产品系列。
SSD阵列的不足之处在于,不能利用现有的存储阵列组件,且价格过于昂贵。与其他存储架构方式相比,SSD阵列与磁盘层的集成性较差,使得数据在SSD驱动器与磁盘层间的迁移会面临更多困难。
2009年5月,IBM在高端存储陣列DS8000中增加了SSD。IBM开发出一种智能数据管理软件,可以在缩短SSD响应时间的同时降低成本。IBM的Power服务器系统也能支持SSD。
2010年3月,Isilon公司正式发布支持SSD的集群存储产品IQ 10000X-SSD、IQ 32000X-SSD和IQ 500S-SSD。上述产品将SSD与SATA磁盘组合在一起,元数据存储在SSD上,从而提升了整个存储系统的I/O能力。
2010年3月,3PAR公司在宣布支持一种低成本、低功耗的新型SSD——STEC MACH8的同时,推出了自适应优化(Adaptive Optimization)软件。该软件能够实现3PAR InServ F级和T级存储服务器存储子卷的自动分层。