Virtual SAN 硬件指南第 1 部分 – 固態驅動器

原文：http://blogs.vmware.com/vsphere/2013/12/virtual-san-hardware-guidance-part-1-solid-state-drives.html

      隨着 VMware Virtual SAN 的問世，圍繞要支持和配置 VirtualSAN 環境應使用的服務器硬件的類型，產生了許多問題。在 GA，這些問題就像爲您的 VirtualSAN 環境選擇合適的就緒節點服務器同樣簡單（有關 Virtual SAN 就緒節點程序的更多信息，請參考此處），不少人會選擇使用《VMware 兼容性指南》(VCG) 中的單個組件來建立本身的配置。

       Virtual SAN 容許基於指定供應商硬件平臺建立本身的配置，這樣您即可以根據本身的選擇使本身 VirtualSAN 羣集的性能脫穎而出。可是，伴隨靈活性而來的是大量決策點。本系列博文爲您在爲 Virtual SAN 環境選擇特定硬件組件時，要考慮的硬件設計注意事項提供了初始指導。

       Virtual SAN 和固態驅動器
       VirtualSAN 使用固態驅動器 (SSD) 做爲寫入緩衝區和讀取緩存，加速了平臺性能。固態驅動器 (SSD) 是在固態 NAND 閃存模塊中存儲永久數據的設備。Virtual SAN支持的 SSD 可使用三個通用接口之一：SATA、SAS 或 PCIe。那麼，這些接口各有什麼利弊呢？單純從接口速度角度來看，每一個接口的最大吞吐量都不一樣，以下文所示。

• SAS 驅動器一般支持 6Gb/s     或 12Gb/s（基於 SAS-2     或 SAS-3 規格）

• SATA 驅動器一般支持     1.5Gb/s、3Gb/s 或 6Gb/s（基於 SATA     1.0、2.0 或 3.0 規格）

• PCIe 驅動器一般支持 1 至 32 通道，吞吐量取決於 PCIe 迭代

       注意：SATA 3Gb/s 或 6Gb/s 驅動器可鏈接到 SAS 接口，可是，SAS 驅動器不能鏈接到 SATA 接口。

      上述接口性能數據可直接用於 SAS 和 SATA （接口速度明確標示爲 3Gb/s、6Gb/s 或 12Gb/s），然而，您可能不明白 PCIe 迭代和通道對於接口性能意味着什麼。第一個變量是 PCIe 迭代。每一個後續迭代都會增長每通道可能速度，以下文所述。

• v1.x:     250MB/s (2.5GT/s)

• v2.x:     500MB/s (5GT/s)

• v3.0:     985MB/s (8GT/s)

• v4.0:     1969MB/s (16GT/s)

       PCIe 設備可包含 1 至 32 條通道，這表示有 8 個通道的 PCIe Gen 2卡可產生的最大吞吐量爲 4GB/s (32 Gb/s)。做爲通用指導原則，PCIe SSD 設備一般比 SAS/SATASSD 性能更佳。可是，接口性能僅是選擇 SSD 的一個因素。接下來，讓咱們看看驅動器 I/O 性能。

       SSD IOPS
       在爲 Virtual SAN 羣集選擇硬件時，你可能注意到了，VCG 網站上的 SSD 根據寫入性能被分爲不一樣等級。建立的全部 SSD 都是不一樣的，所以，爲了簡化 SSD 的選擇，VMware 將 SSD 設備分紅了五個性能類。您選擇的 SSD 類可極大影響您 VSAN 羣集的性能。如下是《VMware 兼容性指南》中指定的 SSD 類。

• A 類：每秒     2,500-5,000 次寫入操做

• B 類：每秒     5,000-10,000 次寫入操做

• C 類：每秒     10,000-20,000 次寫入操做

• D 類：每秒     20,000-30,000 次寫入操做

• E 類：每秒     30,000+ 次寫入操做

       雖然寫性能是衡量 SSD 性能的一項經常使用的好指標（咱們選擇寫性能是由於在 SSD 中，與隨機或連續讀取相比，寫性能對 SSD 性能的限制大得多），可是，爲了更深刻了解 SSD 的性能特色以及它如何影響 VirtualSAN 中的工做負載，還應該考慮其它參數，如 SSD 供應商報告其衡量指標的隊列深度、最大驅動器延遲數據等。

      

       SLC、MLC 、eMLC 之比較
       查看不一樣的 SSD 時，您可能注意到 SSD 供應商將其組件分類爲單級別單元 (SLC)、多級別單元 (MLC) 或企業級多級別單元 (eMLC)NAND。NAND 閃存模塊是構成 SSD 的非易失性存儲組件。

       在單級別單元 (SLC) 中，每一個單元可存儲單個位（0 或 1）信息。在多級別單元 (MLC) 中，NAND 閃存使用每單元的多個級別來存儲更多位。MLC 一般有 4 個位元（00、01、10、11）。MLC 的成本通常低於 SLC，但 NAND 模塊的使用壽命通常較短。由於 MLC 使用的晶體管數與 SLC 相同，因此每一個模塊中的潛在錯誤風險更高。eMLC 是成本/使用壽命介於 SLC 和 MLC 模塊之間的中間產品，通常使用 2 個位元。由於與消費性 MLC 相比，eMLC 閃存介質的編程/擦除 (P/E) 週期更多，所以更耐用，能承受各類企業應用所要求的工做負載類型。

       那麼，這是否意味着，任何使用 SLC 的 SSD 都比 eMLC 更可靠，而 eMLC 比 MLC 更可靠？未必。個體 NAND 模塊的可靠性和性能可經過 SSD 控制器內的功能強化。不一樣供應商使用不一樣的 SSD 設計技術來提升其驅動器的可靠性，以達到「企業級」（如，NAND 超置備以及 SSD 控制器耐用×××）。所以，VMware 沒法區別對待任何這些 NAND 技術。重要的是，不管供應商採用何種 SSD 設計（例如， NAND 類型與 SSD 控制器功能），SSD 設備都能知足 VMware 定義的指定性能類別下的最低性能和可靠性指標。

       注意：此圖表顯示了不一樣 SSD 設計方法，它們結合了不一樣 NAND 類型來達到類似的 SSD 耐用等級。此處所列數據僅做說明之用。

       

        VMware SSD 耐用性要求

        SSD 寫入指標是 SSD 供應商衡量 SSD 可靠性的主要數據。雖然全部供應商之間沒有通用的標準指標，可是，大多數供應商都經過「天天驅動器寫入次數」或「寫入 Petabyes」來衡量 SSD 的可靠性。VMware 要求 VCG 中的全部 SSD 設備在五年使用期限內都知足下列最低耐用性指標。

        VMware 對 SAS 和 SATA SSD 的耐用性要求

• 驅動器必須支持至少 10 個滿「天天驅動器寫入次數     (DWPD)，而且

• 驅動器必須支持隨機寫入耐用性達到：在 8KB 傳輸大小時每 NAND 模塊 3.5     PB，或者

• 驅動器必須支持隨機寫入耐用性達到：在 4KB 的傳輸大小時每 NAND 模塊 2.5     PB。

        VMware 對 PCIe SSD 的耐用性要求

• 驅動器必須支持至少 10 個滿「天天驅動器寫入次數     (DWPD)，或者

• 驅動器必須支持隨機寫入耐用性達到：在 8KB 傳輸大小時每 NAND 模塊 3.5     PB，或者

• 驅動器必須支持隨機寫入耐用性達到：在 4KB 的傳輸大小時每 NAND 模塊 2.5     PB。

        在 Virtual SAN 關注在大多數工做負載下，無需複雜的設計決策便可實現性能和操做效率時，有人始終但願經過選擇特定的硬件組件，最大限度地自定義其 VirtualSAN 環境。但願這篇博文可以幫您在必定深度上了解與 Virtual SAN 有關的 SSD 硬件事宜。在本系列博文的下一章中，咱們將深刻研究存儲控制器注意事項。

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做者：Wade Holmes

Wade Holmes，VCDX #15，CISSP，CCSK，是 VMware 公司的高級技術營銷架構師，目前專一於軟件定義的存儲參考架構。Wade 擁有超過 17 年的從業經驗，主要負責設計、實施不一樣範圍和規模的複雜計算環境。Wade 出席過多場行業大會，仍是《VMwarevCloud 架構工具包》一書的合著做者。Wade 擁有信息技術學士學位和信息安全碩士學位。