固態存儲的四種應用方式

當前，企業在數據存儲系統的設計中，必須突破機械式磁盤驅動器的侷限性，尤爲是減小機械式磁盤驅動器的高延時和低IOPS給系統性能帶來的不利影響。隨着固態硬盤（SSD）的出現，企業存儲系統的設計思路也在改變。SSD是由控制單元和固態存儲單元（DRAM或Flash芯片）組成的硬盤。固態硬盤的接口規範、功能及使用方法與普通磁盤相同，其產品外形和尺寸上也與普通磁盤一致。由於SSD沒有普通磁盤的旋轉介質，因此抗震性極佳。SSD可普遍應用於軍事、車載、工控、視頻監控、網絡監控、網絡終端、電力、醫療、航空等領域。若是隻是簡單地用SSD替換傳統的磁盤驅動器，那麼當添加的SSD過多時，可能致使存儲系統的崩潰。位於美國明尼蘇達州的StorageIO集團創始人和資深分析師Greg Schulz表示：「SSD帶來了新的性能要求，而存儲控制器纔剛剛開始適應這種要求。目前，用戶應該仔細瞭解存儲廠商提出的建議，而後再決定在存儲系統中加入多少個SSD。」如下給出了目前在存儲系統中使用SSD的4種方法：添加SSD驅動器，替代普通的磁盤驅動器；將NAND閃存用做存儲控制器的緩存；將NAND閃存用在服務器而不是存儲控制器上；構建獨立的SSD陣列。因爲SSD價格過高，大多數廠商目前只是把SSD做爲整個存儲系統的緩存，只有極少數廠商推出了獨立的SSD陣列。代替磁盤驅動器人們能夠經過光纖通道（FC）、SATA或者SAS等接口直接添加SSD驅動器，代替普通的磁盤驅動器。這是在原有存儲陣列中增長SSD的最簡單易行的方法。雖然在添加SSD以前必須對SSD進行嚴格測試，可是在加入SSD後，原有的存儲系統改動不太，仍然能夠發揮做用。上述方法存在兩大缺點：一是SSD和普通磁盤之間不能實現自動數據遷移，二是存儲控制器存在性能瓶頸。儘管如此，絕大多數廠商仍是選擇了這種方法，好比EMC、Compellent、富士通、惠普、HDS、IBM、LSI、Pillar數據系統、Sun以及許多小型的存儲陣列廠商，在提供普通磁盤驅動器的同時也提供SSD。其中，大部分廠商都在使用STEC公司的SSD驅動器。這是由於STEC是第一家可以提供知足企業級存儲需求的SSD產品的廠商。隨着其餘磁盤驅動器廠商涉足企業級存儲領域，好比希捷、Pliant技術公司、SandForce公司以及Intel等，STEC公司在SSD方面的主導優點將受到挑戰。用做存儲控制器的緩存NetApp和Sun採用NAND閃存做爲緩存，解決了SSD和磁盤之間數據自動遷移的問題。不過，NetApp和Sun在引入SSD時，改變了原有存儲系統的架構，以便消除在添加過多SSD時可能給存儲陣列帶來的不利影響。NAND閃存被放置在磁盤驅動器的前端，而不是直接取代磁盤驅動器。這種方法可使全部數據和應用從SSD中受益，而不單單是保存在SSD層中的數據。NetApp公司提供的性能加速模塊（PAM）能夠插在任何NetApp文件服務器空閒的PCI高速插槽上。目前，每臺NetApp文件服務器最多能夠安裝5個PAM模塊，提供80GB的統一緩存容量。將來，NetApp公司還會推出更高密度的PAM模塊，提供的緩存容量將達到512GB。與NetApp不一樣，Sun將閃存用在Sun Storage 7000統一存儲系統中，爲全部的讀寫操做提供緩存，而不單單是存儲元數據。Sun Storage 7000統一存儲系統基於x86 平臺，運行Solaris操做系統，提供優化的存儲堆棧以及動態文件系統（ZFS），支持由DRAM緩存、SSD和機械磁盤組成的混合存儲池。SSD被安裝在基於DRAM的適應性替換緩存（ARC）和SATA磁盤驅動器之間。ZFS Intent Log（ZIL）被寫入到針對寫操做優化的SSD中，容許文件系統從失敗中恢復。L2ARC緩存由針對讀操做優化的SSD構成，用來爲數據讀操做擴展基於DRAM的ARC緩存。L2ARC緩存容量最大可達數百GB，能夠保存工做數據，以便儘量地減小磁盤訪問。採用混合存儲池的Sun Storage 7000的性能可達到80萬IOPS。將NAND閃存用於服務器雖然Sun Storage 7000統一存儲系統是一個獨立的系統，但它仍是提供了論據，讓一些人認爲閃存更適合用在服務器而不是存儲控制器中。Fusion-io公司技術總監David Flynn表示，就像L2緩存擴展了CPU內存以及DRAM擴展了L2緩存那樣，閃存能夠用來擴展DRAM。Fusion-io公司的ioDrive和ioDrive Duo NAND閃存PCI高速卡，爲服務器提供了直連存儲（DAS）。做爲一家銷售存儲和服務器的公司，Sun也贊同服務器是應用閃存的最佳產品。閃存的出現使得服務器的結構發生了改變。下一代服務器將使用閃存擴展DRAM緩存。獨立的SSD陣列|基於SSD的存儲系統能夠做爲磁盤陣列的補充，與傳統的磁盤陣列並行運行。這種使用SSD陣列的方式對原有存儲環境的破壞性最小。Texas Memory系統公司是領先的獨立SSD陣列廠商。它既提供基於DRAM的SSD陣列，也提供基於NAND閃存的SSD陣列。Texas Memory系統公司經過直銷以及與BlueArc、NetApp和其餘公司的OEM方式來銷售其RamSan產品系列。獨立SSD陣列的不足之處在於，不能利用現有的存儲陣列組件，且價格過於昂貴。與其餘存儲架構方式相比，獨立SSD陣列與磁盤層的集成性較差，使得數據在SSD驅動器與磁盤層間的遷移會面臨更多困難。