從誕生之初,閃存就成為熱點技術,如今經過市場的積淀,日漸走入尋常企業中,接受用戶和應用的檢驗。
作為新一代主流存儲介質,SSD(固態硬盤)具有讀寫速度快、隨機訪問性能高、輕便、抗震等顯著的優點,也讓嘗鮮部署SSD的企業嘗到了通過閃存加速的甜頭。
正如一枚硬幣有正反兩面,SSD也并非完美無缺,比如SSD單位容量成本較高,受限于介質擦寫次數而具有明顯的寫壽命限制,SSD在順序隨機讀、大塊順序寫入時具有最佳的性能,而在隨機寫入場景下性能較低。另外,在不同的操作模式下,SSD性能的發揮也具有明顯的差異。相對于機械硬盤,雖然SSD的讀寫性能具有明顯提升,但是并不意味著簡單粗獷的使用,就能讓SSD充分的發揮出最大性能水平。因此,圍繞著如何有效降低SSD介質成本,提升使用壽命,發揮最大性能,業界各大供應商都開始施展渾身解數。
SSD應用的優化法則
要明確SSD的這些屬性,必須先說一說顆粒磨損次數和OP(超供)空間兩個重要概念,以及內部的垃圾回收。
不同的顆粒種類具有不同的磨損次數,比如SLC、MLC、TLC這些基于不同工藝的顆粒都具有不同的磨損次數限制,磨損次數越低的介質成本越低,超過顆粒磨損次數,SSD將不可寫入,這個時候用戶就必須更換新的SSD。
OP空間和垃圾回收是由SSD主流NAND FLASH顆粒特殊寫入方式決定的,所謂OP空間,是用戶不可操作的容量,因為顆粒容量的大小直接與成本相關,所以OP越多,SSD成本也就越高。
要提高介質的性價比或者想在同樣成本下具有更長的使用壽命,往往需要陣列的使用來充分降低SSD的寫放大,通俗的理解為SSD顆粒留出更多的寫入次數,使同樣的顆粒提供更多的可用容量和更長的使用壽命。
主要原因是陣列對SSD的使用不是簡單的使用單個SSD,而是一次使用一批SSD,這樣可以均衡的發揮各個SSD盤片的性能和壽命,從而實現陣列層面最高的介質性價比。
對于使用SSD的用戶而言,最大的擔心源于SSD顆粒,因為一旦達到磨損壽命,SSD將不可寫入,不僅運行的業務不可用,而且數據也有丟失的風險。
華為RAID 2.0+有何來頭?
RAID 2.0是華為存儲在傳統RAID基礎上研發的新一代RAID技術——塊虛擬化,它最典型的特點是不再使用整塊的硬盤作為RAID基礎單元,而是將硬盤切分成一定容量的小塊,從不同的硬盤上選取一個小塊就可以組成一個小的RAID組。
樣的好處是RAID單元不再局限在單一盤,通過更多的盤提供輸出能有更高的盤性能,而且遇到硬盤失效時,并發多盤寫入可以解決重構寫入瓶頸問題,理論上重構性能可以達到與參與重構盤數量同樣的性能提升,比如100盤參與重構,不考慮后端接口卡限制,重構速度可以提升100倍。
RAID 2.0+雖然基于RAID 2.0,但又賦予了很多增強的性能,包括智能的瘦分配、盤間均衡、多種介質數據平滑流動、精簡重構、故障自檢等多種功能。伴隨豐富的智能特性,華為RAID 2.0+能夠完美的發揮出SSD的性能和可靠性,提供超高的成本優勢、超長的使用壽命和超高的性能。
天生為SSD優化而生
傳統RAID以盤為基礎單位向用戶提供空間,粗粒度管理,要將這些未寫入空間精確而規則的告知SSD相對困難。而RAID 2.0+將硬盤劃分為規范的小粒度(CK)進行管理,當CK沒有分配或者進行釋放時,就可以通過SSD的TRIM命令,及時將這些沒被使用的空間告知SSD。而且RAID 2.0+的瘦分配實現按需分配,可以在需要的情況下才進行空間分配,這樣能方便的區分出寫入用戶數據的空間和未寫入用戶數據的空間。
如之前提到,SSD具有內部垃圾回收的機制,可以形象的想象成SSD內部是一個個小房間,只有把里邊的家具都搬到別的空房間,房間才能重新使用。RAID 2.0+可以將沒有使用的家具信息告知給SSD,減少大量的搬遷磨損,給SSD帶來了壽命和性能的雙重提升。
這些因為SSD內部搬移帶來的額外顆粒磨損損耗了SSD顆粒的寫入次數,同樣的顆粒,額外搬移越多,用于承接用戶的寫入數據量也就越少,SSD的壽命越短。或者寫入次數一樣,額外搬移越多,用戶需要在顆粒成本的投入會越高。
SSD的DWPD取決于顆粒類型和寫放大系數,而寫放大系數取決于超分配的比例,超分配比例越高寫放大系數越小,同時DWPD值也越高。
在對單個SSD磨損優化的同時,RAID 2.0+也會在SSD之間均衡的進行空間分配和寫入,在添加SSD時,利用盤間均衡技術實現對新添加盤上的空間均衡。這里的盤間均衡分配與寫入技術和SSD內部的顆粒磨損均衡是一致的原理,SSD利用顆粒的均衡磨損來延長盤片的整體使用壽命,而RAID 2.0+則充分保障SSD盤間的磨損均衡,有效的避免單盤磨損過度而影響陣列的整體使用壽命,所有盤接近一致的達到壽命末期,從而實現陣列層面SSD使用壽命的提升。
陣列的單方面優化可以讓SSD在可用性上得到大幅提升,但要做到陣列與SSD “天人合一”的境界,則還需要更加精深的技能,華為RAID 2.0+能夠實現陣列與SSD盤的完美配合能力。
RAID 2.0+特有的盤上小粒度管理,配合陣列的ROW(寫時重定向)機制,可以充分的融合陣列垃圾回收和SSD上垃圾回收,更進一步的降低盤上的寫放大,提供更極致的成本優勢和可靠性,使陣列數據流和SSD業務流精準配合,這些計劃在華為全閃存陣列應用的最新技術,相信會讓RAID 2.0+與SSD這對天然的CP爆發更閃耀的光芒。
另一方面盡管SSD價格日漸降低,但還是高于傳統的機械硬盤,很多用戶仍然面臨著SSD成本和性能的糾結。而RAID 2.0+提供了數據在多種介質間天然的流動能力,用戶可以根據需求靈活的選擇SSD和機械硬盤的配比,在獲得大幅性能提升的同時又能完美兼顧成本的苛求。
除了完美解決成本和可靠性的問題,針對SSD對大塊寫入的性能偏好,RAID 2.0+在盤上寫入IO的獨特緩存和匯聚設計,下發到SSD的寫入IO可以很好的支持大塊的寫入,一個基礎數據是64K的隨機寫入帶寬約為4K寫入帶寬的兩倍左右,從而真正發揮出SSD飛馳的速度感。
而且,華為是業界唯一同時提供陣列和SSD盤片,并與主流顆粒供應商有深度合作的存儲廠商,也使其在SSD領域的絕對領先地位更加不容撼動。憑借在閃存介質硬件、軟件技術創新,以及產業鏈的全面合作,華為閃存產品和解決方案廣泛應用于全球各行各業的業務系統,為俄羅斯NovikomBank、奧地利和記、德國愛達郵輪、中國比亞迪提供高可用、高可靠的服務,承載企業核心業務。