目前有6種不同的閃存固態硬盤(Solid State Disk,SSD)存儲的實施方式。各種方式的目標首先是減少延時(latency)、提升每秒輸入/輸出操作次數(IOPS)和吞吐量的性能,其次是降低存儲的總體擁有成本(TCO)。這是第一部分的建議,下面將對上述方式做簡明描述并展示其優劣:
1.PCIe閃存SSD存儲卡用作服務器里的高速緩存或存儲
2.PCIe閃存SSD存儲卡用作存儲系統(SAN存儲或NAS)的高速緩存
3.硬盤驅動器(Hard Disk Drive,HDD)規格的閃存SSD用作NAS系統或者存儲陣列的高速緩存
基于閃存存儲計算的多樣性,本文需要分成兩部分。
PCIe閃存SSD存儲卡用作服務器的高速緩存或者存儲
將閃存SSD PCIe卡置于服務器的PCIe總線,使得高速緩存離應用程序更近。在這個路徑中,沒有適配卡、收發器、網絡纜線、交換機和存儲控制器等。短距離可以減少延時,加速讀寫之類的所有I/O操作。這和存儲加速器不同,所以這些卡通常被稱做應用加速器。這種類型的閃存SSD主要是塊(block)。在用作高速緩存的時候,需要使用額外的依賴先進先出(first-in,first-out,FIFO)之類的策略將數據移進或移出高速緩存。
優勢:在應用和存儲或者存儲高速緩存之間的最低的延時。為高事務或高性能應用(OLTP、OLAP、渲染、基因處理和蛋白質分析等)帶來重要的、明顯的和可量化的差別。
劣勢:占用較高的CPU資源,從5%到25%。而容量相對較低,(雖然FusionIO公司有10TB的雙PCIe插槽卡)。這種卡不能在多臺物理服務器之間共享。每臺物理服務器需要一個或多個卡。由于VM的可移植性和彈性需要共享存儲,所以除了用作高速緩存外,無法用于虛擬服務器。高速緩存軟件的許可是按每臺物理服務器為基礎進行計價。大多數的高速緩存軟件是塊存儲(block storage),對于基于文件的存儲或者應用基本毫無用處。(Nevex是個例外。)卡的管理是以每個卡為基礎,增加管理員的管理工作量,導致高TCO。
最佳適用:非常適用于在納秒到微秒之間性能改善巨大的高性能計算(high-performance compute)集群。其他有效的方案包括OLTP、OLAP、商業智能(business intellegence,BI)、社交媒體、基因處理、蛋白質處理、渲染、安全、臉部識別和地震處理。
PCIe閃存SSD存儲卡用作存儲系統(SAN存儲或者NAS)的高速緩存
PCIe閃存SSD存儲卡為存儲系統(存儲廠商可選的)的動態隨機存儲器(DRAM)提供了較低成本、較高容量和略低性能的延伸。運算法則決定較少的頻繁訪問的數據,這些數據快速從系統的DRAM向閃存PCIe SSD高速緩存移動。這個高速緩存是內存的延伸。管理員為這些高速緩存制訂策略,決定應該被保留或者"固定"在閃存高速緩存的數據類型(數據并沒有從高速緩存被剔除)。PCIe閃存SSD用作高速緩存,滿足讀請求以及NAS環境中的元數據的同時,減少磁盤IO,從而縮短到達和來自存儲系統的延時。
優勢:縮短從應用到共享存儲的延時。與虛擬服務器、虛擬桌面基礎架構(VDI)、VM可移植性和VM彈性工作良好。可在物理服務器和虛擬服務器之間共享。而它不需要服務器資源。
劣勢:閃存高速緩存的大小受限于存儲系統的可用的PCIe插槽(的數量)。用戶感覺延時增加和響應時間過長,因為更頻繁的高速緩存丟失了從HDD獲取數據的請求。任何既定的存儲系統的閃存高速緩存無法被任何其他存儲系統共享。最嚴重的性能瓶頸是最頻繁占用存儲系統的CPU。當CPU占有率增加時,延時和用戶響應時間也同樣增加。TCO趨高或者昂貴。
最佳適用:非常適合虛擬服務器和VDI。適合提升郵件之類的大流量的應用。當目錄和熱文件可以"固定"到高速緩存時,可以有效加速數據庫。
HDD規格的閃存SSD用作NAS系統或者存儲陣列高速緩存
HDD規格的閃存SSD存儲高速緩存在功能上與PCIe閃存SSD存儲用作高速緩存類似。它是一種具有相似計算法則的存儲加速器。與PCIe閃存SSD卡用于控制器內不同,HDD規格的閃存SSD位于HDD插槽的存儲控制器之后。用于控制器之后意味著較高的容量,同時意味著較高的延時。
優勢:縮短從應用到共享存儲的延時。與虛擬服務器、VM可移植性和VM彈性的工作良好。可在多個物理和虛擬服務器之間共享而不耗費服務器資源。與比PCIe規格的相比,每GB的TCO更低。
劣勢:與PCIe閃存SSD相比容量更大,但受限于閃存SSD容量和磁盤控制器的性能局限。用戶感覺延時增加和響應時間過長,因為高速緩存的丟失更頻繁出現,將請求重新指向HDD。一種存儲系統的閃存高速緩存無法被任何其他存儲系統共享。最嚴重的性能瓶頸通常是增加延時和用戶響應時間的存儲控制器。
最佳適用:非常適合虛擬服務器和VDI。適合提升虛擬環境和郵件之類的大流量的應用。當目錄和熱文件可以"固定"到高速緩存時,可以有效加速數據庫。
第二部分將對下述方式做簡明描述并展示其優劣:
4.HDD規格的閃存SSD用作多層NAS或者存儲陣列的Tier 0存儲
5.HDD規格的閃存SSD用作全SSD NAS或者存儲陣列
6.存儲網絡(TCP/IP、SAN或者PCIe)的高速緩存設備中的PCIe閃存SSD存儲卡