50多年以來,磁盤驅(qū)動器一直作為主要數(shù)據(jù)的存儲途徑,但其地位在今天正在受到挑戰(zhàn)。隨著價格的下降以及穩(wěn)定性的提升,固態(tài)存儲開始逐步打入企業(yè)級市場;并且隨著固態(tài)存儲產(chǎn)品中增加的磁盤驅(qū)動器技術,出現(xiàn)了大量提供全閃存陣列產(chǎn)品的新興企業(yè)。
雖然在傳統(tǒng)的陣列中部署固態(tài)驅(qū)動器的方式已有數(shù)年之久,但這種簡單地將磁盤驅(qū)動器替換成固態(tài)驅(qū)動器的方式卻無法保證高性能。正如我們所能預見的,要實現(xiàn)固態(tài)驅(qū)動器和閃存的最佳效能,其處理方式和傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)磁盤完全不同。
SSD之間的差異
固態(tài)驅(qū)動器產(chǎn)品中包含了閃存和控制器電路,工作方式和通常的磁盤驅(qū)動器類似,F(xiàn)今該產(chǎn)品有兩種使用類型,單層式存儲(SLC)和多層式存儲(MLC)。單層式存儲驅(qū)動器在每個單元內(nèi)存儲一位字節(jié),而多層存儲驅(qū)動器能夠在每個單元內(nèi)存儲多個字節(jié)(通常是兩位)。就每GB而言,SLC驅(qū)動器的價格更加昂貴,不過使用時間也更長并且通常較MLC產(chǎn)品而言性能更快。MLC驅(qū)動器每GB相對便宜一些,不過在耐用性(在讀寫操作中出現(xiàn)不能修復的錯誤之前的使用時間)確實是一個問題。一些供應商同時也推出了第三類閃存,企業(yè)級多層式存儲(eMLC),品質(zhì)較MLC更好,提供更長的使用時間。
閃存可以包裝成磁盤驅(qū)動器的樣子,模擬標準的SAS或SATA協(xié)議。絕大多數(shù)供應商會選擇使用這些接口用于SSD部署,不過雖然接口一樣,SSD和HDD的特性完全不同。
磁盤驅(qū)動器天生屬于機械類,所需要的物理移動造成了I/O運作時的延遲。HDD在處理高隨機工作負載效率尤其低下,因為需要不斷將讀寫磁頭移動,不過在順序讀或?qū)懖僮鲿r,其表現(xiàn)不錯。
而SSD沒有要移動的部件,在順序或隨機I/O時都不會造成額外的負擔,這使得SSD在某些場合下十分有效,比如虛擬桌面基礎架構(gòu)(VDI)。
固態(tài)驅(qū)動器較磁盤驅(qū)動器在讀寫方面都有數(shù)量級上的提升;一塊通常的SSD驅(qū)動器即便在隨機I/O的使用環(huán)境下也能夠達到100,000的IOPS。同時,較之于磁盤驅(qū)動器,SSD的重量也更輕,并使用更少的能耗,對于許多企業(yè)存儲陣列的總體擁有成本(TCO)也有不小的影響。
SSD的缺陷
除了這些表面的優(yōu)勢,SSD也絕非完美的驅(qū)動器,有其自身的缺陷。最為明顯的是閃存的有限寫操作周期,SSD最終會損耗殆盡。通常,SLC閃存的耐久度大約為100,000次寫周期;MLC閃存則少了一個數(shù)量級,每個數(shù)據(jù)單位只有大約10,000次。除了這些,數(shù)據(jù)的存儲和讀取也并不完全可靠。廠商方面應用了許多技術來擴展使用周期,包括損耗平衡、糾錯編碼、壞數(shù)據(jù)塊重新映射以及過量配置。
SSD的響應時間同樣有可能不一致。數(shù)據(jù)寫入SSD時會送到整個驅(qū)動器上以確保每個獨立單元均勻磨損。這一流程稱為損耗平衡。隨著新數(shù)據(jù)的寫入,各單元塊會被重新標記回收。隨著一塊SSD達到較高的利用率或?qū)懖僮,該回收過程可能會因為無效數(shù)據(jù)區(qū)域的覆蓋操作延緩響應時間。很顯然,這種情形是低延遲環(huán)境中所不可取的。
是否要效仿磁盤驅(qū)動器
將閃存包裝成傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動器一樣的形式有不少明顯的好處。其可以簡單地整合到盤陣中取代現(xiàn)有的磁盤驅(qū)動器,并且其支持現(xiàn)有的協(xié)議和形狀。絕大多數(shù)SSD陣列供應商會這樣選擇,使用常見的SSD作為標準形狀。不過,有兩家廠商并沒有這樣做。
Nimbus Data System公司設計了其自有的SSD驅(qū)動器,其稱為企業(yè)級閃存模塊(EFMs)。這些定制化的eMLC驅(qū)動器工作在Nimbus的S系列和C系列存儲陣列中。EFMs有專用的控制器軟件和額外的本地非易失性RAM(NVRAM),使得寫操作完成后迅速確認而無需等數(shù)據(jù)回復到閃存上。
Violin Memory公司使用其定制化的Violin智能化內(nèi)存模塊(VIMMs)。這些驅(qū)動器在三口的交換機中整合了閃存和控制器邏輯,提供一個陣列內(nèi)和其它VIMMs的冗余連接以確保可用性。
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