其實,固態硬盤是一種很模糊的說法。因為硬盤從概念上就是一種圓圓的,扁扁的東西,而固態存儲其實就是指內存芯片。這看似只是語義上的差別,不過在架構一個數據存儲架構時,卻是需要關注的非常重要的一點:固態存儲,抑或稱為快閃內存或緩存,更加具備內存,尤其是緩存的特性,而非磁盤的特性。雖然固態硬盤通常都部署在SAN存儲中,并作為整體存儲池的一部分提供給上層主機,不過他們更像是大規模緩存的集合體。這在固態存儲解決方案的設計規劃中非常重要,必須牢記。
固態硬盤芯片技術
今天市場上主要有三種固態硬盤技術,單階存儲單元(SLC)、多階存儲單元(MLC)和企業級多階存儲單元(eMLC)。這貌似是“過于細節的內容”,不過就像硬盤技術那樣,理解不同的固態硬盤技術可以幫助你進行正確的部署。
MLC是目前主流的消費級固態硬盤存儲,相反,絕大多數企業級產品采用SLC技術。采用MLC技術的單GB成本更低,不過其使用有效期亦會減少很多。每個SLC內存單元可以保證約10萬次的寫操作,不過每個MLC的單元只能進行3千~1萬次的寫操作。單元故障是造成固態硬盤性能下降的主要因素,逐漸使得固態驅動器變得無法使用。很顯然,對于一定的寫操作負載,MLC設備的性能和容量只有SLC的十分之一。因此有必要向供應商咨詢其產品的使用有效期并將該因素計入成本考量。某種產品的價格只有其它產品的一半,這看似誘人,不過假設它的使用有效期只有其它高價產品的幾分之一,那還是很不合算的。
企業級MLC(eMLC)是目前行業內興起的技術。其預估使用有效期為2萬次到3萬次寫入,eMLC在SLC和MLC的價格和使用周期之前尋求一種平衡。Nimbus數據系統公司完全致力于eMLC技術,并在其他供應商仍采用SLC時就將eMLC應用在所有的數據存儲產品中。為避免寫相關的使用周期和降級問題,Nimbus控制其軟件配有“損耗水平測量”功能,并將寫數據塊排列成閃存單元。Nimbus同時提供為期五年的售后服務以確保產品使用時間。
服務器內部的固態硬盤
另一項新興的技術趨勢是在主機端使用固態硬盤。通過PCIe卡直接插入主機內部。Fusion-io公司、LSI公司、Texas內存系統公司以及Viking Modular解決方案公司都致力于提供PCIe的固態硬盤產品。雖然和存儲的提供方式類似,基于主機的解決方案中,固態硬盤更像是高速緩存存儲。這種在SAN之前的架構方式很好地避免了讀操作時的網絡延遲,使用自動化存儲分層技術(AST)亦可實現數據的預先準備,不過這也受到不同陣列供應商而已。而相反地,主機端的固態硬盤技術受限于主機故障,因此存儲管理員需要確認其PCIe固態存儲有合適的數據保護技術,比如RAID、鏡像或集群。
EMC公司也正計劃加入該市場,并發布了其計劃中的“閃電計劃”,這將是其第一款基于PCIe主機端的存儲產品(計劃于2011年底上市)。該產品完全支持EMC的全自動化存儲分層(FAST)軟件,因此可以和EMC的SAN存儲陣列無縫連接。該產品基于SLC技術來最大化產品的生命周期,并確保其性能和穩定性。
軟件是影響性能和使用有效期的關鍵
絕大多數固態存儲供應商都認為軟件是影響存儲設備的性能關鍵。LSI提供的MegaRAIDC CacheCade2.0軟件通過管理特殊數據塊的寫入,針對讀寫進行優化。CacheCade補全了用于固態硬盤或陣列的MegaRAID 固態硬盤控制器卡。
與之相似,HP公司在其3PAR陣列中,通過數據位置算法來優化固態硬盤的性能。HP聲稱該優化算法可以避免其他廠商產品可能出現的漸進式性能下降。而其它供應商,比如Avere系統公司和NetApp公司使用非易失性隨機訪問存儲器(NVRAM)來作為緩存管理寫操作,所有這些都通過其專有的軟件定位合適的寫入路徑來實現。
IO Turbine公司最近為Fusion-io所并購,其開發的Accelio軟件允許SSD提供給VMware的虛擬機使用。虛擬機可以使用Accelio來共享SSD或其它閃存存儲。Accelio實際上可以和SSD或閃存產品配合使用,并支持VMware vMotion功能。
固態存儲應用案例:
數據庫加速
在SSD或更合適的主機閃存上加載數據庫索引,甚至是整個數據庫,可以顯著地提升數據訪問速度。
緩存分層
將SSD增加作為緩存分層可以加速數據訪問,將使用頻率最高的信息放在緩存分層上,這和其它緩存應用非常相似。
啟動峰值問題
將VDI鏡像加載在固態存儲上可以解決大量用戶同時啟動時出現的“啟動峰值問題”。
本地數據和混合云
將頻繁被訪問的數據調配到距離用戶更近的緩存存儲上,這樣可以加速數據訪問并降低集中化的SAN網絡的負載。
全固態硬盤存儲基礎架構
對于要求極高I/O訪問的應用程序,全固態硬盤存儲基礎架構可以滿足其對性能的要求,并較傳統的15,000轉速硬盤降低高達80%電耗和制冷開銷。