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SSD固态硬的五大优点横扫存储市场

WatchStor.com  佚名丨2009-11-11 13:42 标签:HBA 硬盘/SSD 硬盘 固态硬盘 

SSD固态硬盘已经开始了在存储业掀起的革命风暴。但是SSD固态硬盘“性格分明”,优缺点都显而易见,它的最大卖点是可以在紧张的I/O处理过程中加快数据传输的速度; 缺点是价格偏高、容量偏小。

目前,SSD固态硬盘已经涉足于企业级应用,EMC、IBM、HP、NetApp、Dell、H3C、华为赛门铁克等厂商都竞相将SSD推广到企业级存储产品中,唯恐落后。本期专题将从用户需求、厂商布局、产品特征等方面多角度、全方位地展示SSD企业级应用现状。

虽然不乏众多厂商的追捧,但目前企业级SSD固态硬盘应用的推行速度却远没有期待的那样快,用户的热情显然还没有被撩拨起来,敢于尝鲜者寥寥。是哪些因素形成了阻力,又如何去化解这些阻力呢?

2009年3月,辽宁移动的9块146G SSD固态硬盘到货,并配置到机房原有的EMC Symmetrix DMX-4中,自此,辽宁移动的客户发现,手机话费详单查询的时间缩短了很多,刚刚结束的通话,就能在互联网或辽宁移动的查询机上查到话费记录,这后面的功臣就是SSD。

辽宁移动是目前少数在企业级存储中采用SSD固态硬盘的用户之一,第一批“吃螃蟹”的还有百度,不过它只是把服务器的硬盘进行改良,插入了SSD以提高检索业务,而并非采用专业的具备SSD固态硬盘的磁盘阵列。经过测试,固态硬盘的性能是传统光纤通道硬盘的30倍,30个15000转/分钟的光纤通道磁盘才能达到单一固态硬盘同样的性能。相比个人用户对SSD固态硬盘的接受程度来说,在企业级用户中,SSD似乎还只是一道不乏卖相的美宴,欣赏者多、动箸者稀。企业级高容量固态硬盘的开发也并没有想象得那么简单,特别是在控制器端,写入寿命、无故障时间、稳定的IOps(每秒I/O操作频度)等都对企业级固态存储提出了更高的要求。

影响用户购买SSD固态硬盘的原因主要体现在五个方面。

价格及容量:

因其研发成本、技术含量等问题, SSD固态硬盘的价格与传统硬盘相比大概是10∶1,在企业级SSD中,这一比例更高,这是因为除了介质成本外,还有维护成本、软件成本和部件整体融合成本。虽然SSD固态硬盘的价格正呈逐年下降趋势,但从目前的价格水平看,仍高出传统硬盘数倍。

但是,对于价格的质疑也有来自另一个角度的看法,那就是,使用正确的方法,把SSD固态硬盘用在正确的位置,用户的整体拥有成本并不会因SSD的价格而抬升。一般来说,企业级用户构建的数据库应用往往需要很高的IOps,用户因为需要追求良好的读写速度,常常需要采购更多的传统磁盘来达到系统所需要的性能,造成传统磁盘的利用率并不高; 而在使用SSD固态硬盘时,可以在一块SSD上达到系统所要求的高IOps。辽宁移动业务支撑中心系统维护建设室主任王欣介绍说,如果不采用SSD固态硬盘,而是按传统的方式提高盘阵性能,需要购买更多的光纤通道磁盘,还要使用RAID 0+1的方式,能否达到和SSD一样的性能还不一定。

如今传统机械式硬盘凭借最新的垂直记录技术已经向TB级别迈进,而SSD的容量普遍还停留在256GB左右(目前EMC提供的SSD已经达到400GB),这也是由于SSD成本一直居高不下,因此很少有厂商涉及这种高容量的SSD产品的研发。

寿命及可靠性:

SSD固态硬盘采用NAND型闪存芯片作为存储介质,而NAND闪存并不像DRAM内存颗粒一样拥有无限的寿命,得受可擦写次数的限制。目前,SSD固态硬盘单个芯片的寿命不如磁盘介质, MLC固态硬盘的可写入次数为2000次~10000次,SLC固态硬盘的可写入次数是MLC的10倍左右,一旦某个存储单元的写入次数接近极限值,就很可能遭遇彻底的物理损坏。“SSD往往应用在关键核心业务上,我们不敢让这部分数据有任何闪失,使用寿命影响了SSD固态硬盘的安全性,因此我们还在犹豫是不是要采用SSD。”某银行信息处的负责人告诉记者。

但是,各存储方案提供商已经采用了很多技术来提高SSD的寿命,使其平均无故障时间(MTBF)与传统的磁盘相当。从磁盘阵列的角度来看,SSD硬盘的安全性可以从两方面来保障。第一是在部件层面,一块良好的SSD已经内置数据冗余和纠错技术,内部预留了存储单元,在有数据块损坏时自动进行替换,用户感知不到,SSD固态硬盘盘片厂家提供的数据显示,频繁读写应用时SSD可以使用5年或以上。第二是在系统层面,磁盘阵列的RAID机制、热备盘、快照、复制等技术,都可以用来保障SSD固态硬盘的数据安全性。

例如,Wear Leveling 是有效提升 SSD MTBF的一种技术手段,可达到均匀磨损、换位写入等目的。Wear Leveling 的基本思想就是避免不停地对某些晶体的擦写,利用算法保持所有的可擦写单位的次数是近似均匀的,这样就把写次数均匀地分散到各个晶体上。另外,由于SSD的使用寿命主要取决于写入次数,而与读取次数关系不大,因此,那些以“一次存取,多次查询”为主的应用形式(如搜索引擎、数据仓库)避免了SSD写寿命的尴尬。

功耗:

提到这一点时,也许人们会感到困惑,按理说,功耗足以称得上是SSD的得分项,SSD因为没有机械马达和风扇,闪存芯片发热量小、散热快,因此工作时非常安静,没有任何噪音产生。那么这里为何还提出功耗问题?

因为有用户提出质疑,如果以传统的按照W/TB来计算的电量统计,SSD并不占优势,例如,一块7.2Krpm的1TB SATA硬盘的功率是9.2W,一块15Krpm的300GB的功率是18W左右,而一块64GB SSD固态硬盘的功率是2W。如果按相同容量耗电量来看,SSD显然并不占绝对优势。

但采用SSD固态硬盘之后,有一个功耗统计方法是W/IO,以IOps计算,能耗节省高达98%,SSD硬盘的优势就非常明显了。

软件兼容性:

要最大程度地发挥固态存储技术的优势,需要通过各种软件和系统功能来发挖掘其潜能。并不是任意一块SSD都可以随意插入企业级盘阵进行应用的,这跟存储软件有很大关联,因为在中高级的存储系统里面,磁盘和控制器都有一些特别的微码来支持整个系统的运行,服务器操作系统相对开放,而存储系统相对封闭,所以客户并不能自己去随意更换盘片。

软件兼容性还表现在,软件必须能够识别SSD固态硬盘,以把最容易出现I/O瓶颈的应用放在相应的SSD上。由于成本原因,客户不可能大量购买SSD,那么怎么去发挥它的作用,就成了一个需要解决的问题。

在操作系统层面,大多数传统的文件系统不具备存储分层的概念。而将元数据迁移到SSD会带来很大好处,同时可以进一步优化不完全基于传统顺序存取的I/O,操作系统分页和内容高速缓存服务也可以采用SSD固态硬盘来改善延迟和减少能耗。

不少用户存在顾虑,花大价钱买的SSD固态硬盘存储是真能派上用场,还是“小姐身子丫鬟命”,由于软件问题而使其功能被抹杀。值得欣慰的是,目前像EMC、IBM、HP等前面提到的主流厂商都具备独到的支撑SSD的软件,足以打消用户的顾虑。

找准需求:

价格也好,寿命也罢,如果用户有了迫切的需求,就会表现出“不差钱”的豪迈。“卖的不怕多吆喝,就怕买的没心要。”某存储厂商通俗地比喻。“对厂商来说,企业级市场里最难的是帮助用户寻找适于SSD展拳脚的应用瓶颈。”目前很多用户对自身的应用和SSD的契合度并无把握,不了解SSD固态硬盘能否适用于自己; 而往往那些适合SSD固态硬盘应用场景的业务,又恰好是用户不敢随便“动”的核心业务,要尝试SSD很需下番决心。

最初,SSD固态硬盘的应用领域局限于军用系统、高性能计算等场合,目前,从行业来看,支持SSD的磁盘阵列主要应用在高性能计算领域和高并发IO领域,它们存在大量的需求,例如石油勘探、气象分析、生物医学等都属于高性能计算领域,而大型企业ERP应用、大型网站的热点资源(Cache层)则对高并发I/O的处理需求迫切。在这两个领域中,有较大部分是数据库应用,其特点是小数据块随机读写,且一般写比例比读少,而对响应时间和IOps要求很高,存储容量一般不大。许多商业数据库经常发生对元数据(日志,索引)非常频繁的访问,这些访问可能构成了大约70%的I/O传输工作量,但是只有10%的数据,其余较低I/O访问的数据实际占据了90%的磁盘容量,如果实际应用正是如上所述的模式和容量比,那么通过将一小部分数据集中在SSD上会明显提高应用的性能。

但并非所有应用都适合SSD固态硬盘,比如说高清晰电视或者节目制作的存储,由于每一个文件都很大,每一个都会有持续性的写操作,除了容量要求非常高,不知道哪段应该放在SSD固态硬盘上外,频繁的写操作也不适合于SSD固态硬盘。

另外,云计算也给SSD固态硬盘带来了机遇,就云计算而言,计算和存储能力主要依靠的是整体架构,而不依赖于单个设备或者硬盘,将SSD硬盘作为Cache层,用于提供快速的检索和查询,会是一种可行的应用模式。

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