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SSD固态存储与传统硬盘的差距越来越小

watchstor.com  佚名丨2009-11-25 15:39 标签:HBA 硬盘/SSD 固态硬盘 

SSD固态存储是目前来说最好的存储介质,在很多的服务器都在使用这种先进的存储技术。随着SSD技术越来越成熟,和传统硬盘的差距越来越小。传统硬盘面临这走向博物馆的命运。

面对SSD固态存储和高级硬盘,用户可以有选择的部署应用。关键应用,例如事务处理和数据库系统,现在是SSD固态存储最常用的地方。目前,Exchange Server 和SQL database就经常部署在SSD固态存储之上。纽约奢侈品商店Loro Piana 的IT经理Aaron Martin表示“我们最近在10Gigabit 以太网 Nimbus [Data Systems Inc.]上测试SSD固态存储,以便评估SSD固态存储对于整体性能的提升。”

在磁盘阵列上,随着SSD固态存储被越来越多的使用,数据在SSD固态存储层级和其他层级之间的自动迁移的能力变得很重要。尽管层级存储管理和信息生命周期管理,目前都支持数据在不同层级之间的自动迁移,但是仍旧只有20%的企业级客户采用自动迁移。大部分的公司还是采用手动来迁移0层级存储和其他层级之间的数据。

IBM的系统存储产品线首席策略师Clod Barrera表示“为了让0层级存储更有效率,管理软件应该充分的支持数据在不同层级之间的迁移。我们将在IBM的DS8000磁盘阵列中,添加0层级存储,TotalStorage Productivity Manager将可以管理0层级存储。

除了IBM,EMC'的Symmetrix的Management Console(管理控制台)也支持数据在不同层级之间的迁移,其中也包括0层级。”

随着固态硬盘的价格和传统硬盘的价格逐渐接近,传统的高端磁盘驱动器需求可能将会被SSD所取代。此外,由固态硬盘所组成的0层级的容量将会增长,而高端磁盘组成的1层级存储容量将可能适度缩小。

当然,或许未来的SSD固态存储将完全取代磁盘存储。F5 网络公司的数据系统架构副总裁Rick Gillett表示“虽然存储可能有很多层级,但总体而言有两个层级:第一个是高性能层级,这个层级越来越多的由SSD固态存储担任;而另一个是高容量层级,依旧由廉价的SATA担任。”

与传统磁盘对比SSD的性能优劣势

与传统磁盘比较,固态应判除了有着突出的性能优势,还拥有节能方面的突出特性。

费用:按照容量考虑,固态硬盘是传统硬盘价格的20倍。如果考虑每I/O的性价比,固态硬盘更划算。

性能:固态硬盘比传统磁盘各方面都强,有更高的I/O和更低的延迟。基于NAND flash的SSD固态存储,对比企业级磁盘有较低的写速度。

能耗:固态硬盘每瓦特,可以执行1000次操作,而传统的企业级磁盘,只能进行5次操作。

可靠性:SSD固态存储比传统磁盘更容易损耗。

SSD固态存储固然有着较高的性能和较低的能耗,但是SSD固态存储也面临若干挑战,等着存储厂商去解决。

可靠性:NAND flash在寿命终结之前,一个flash-memory cell只允许一定量的写操作。EMC的高级产品主管Bob Wambach表示, “100,000次循环对于一个SLC flash cell是很正常的,可实际上,你肯定想要更大的寿命完结前的写次数。100,000次循环,真的很局限。”

尽管 100,000次写操作对于flash cell而言不是太令人满意,但是像STEC这样的公司还是可以保证他们的产品有三年以上的质保,MTBF(平均无故障时间)也达到了2~4百万小时,而传统上的企业级硬盘只有1百万小时的MTBF。硬盘使用寿命的延长,得益于STEC的一些技术,例如用损耗平衡算法来分布写操作到不同的Cell上,来进行坏区管理。目前的NAND flash已经可以满足企业级的需求。除此之外,很多磁盘阵列厂商也将固态硬盘纳入了RAID配置中,这样就更进一步减少了数据损失的风险。

读和写性能差距:flash cell写操作性能的缓慢和读操作性能的高速形成了鲜明的对比。Flash cell的写速度和寿命都不理想的根本原因,主要是由于flash cell处理写操作的方法特殊:cell组成区块被访问,而当写一些数据到一个区块的时候,区块中的cell都需要开放,而已经存在的内容需要被擦除,最后cell需要被关闭。这个过程无疑增加了写数据的复杂程度和时间。

近年,通过小DRAM缓存技术的使用,企业级flash驱动器厂商开始拉近读和写之间的距离。STEC的市场发展部副总裁Pat Wilkinson表示“我们的企业级Zeus驱动器支持18,000随机写IOPS和52,000随机读IOPS。”这恐怕达到了企业级磁盘的数百倍,在企业级磁盘中,如果想要提升存储的IOPS,恐怕只能增加磁盘的数量。

在磁盘阵列中用SSD替换传统磁盘

作为磁盘阵列厂商,他们都希望一旦采用了SSD固态存储不会对他们的产品和性能有负面影响。由于SSD固态存储的性能并不是太均衡,所以磁盘阵列必须正确配置那些SSD固态存储,以防止SSD固态存储对磁盘阵列造成负面影响效应。不论是复制、镜像、又或者是自动精简配置,所有的属性都必须与固态硬盘正确的匹配。采用SSD固态存储的关键在于,磁盘阵列厂商必须设计出一个可以包容NAND flash古怪特性的存储架构,但这并不容易。

NetApp有Write Anywhere File Layout (WAFL)专利技术。WAFL主要是用来减少磁盘关键活动和随机写操作。WAFL可以不间断的移动数据,来使访问连续。因此,对于NetApp而言,采用固态硬盘更加困难,因为flash驱动器的寿命将更快的被损耗。相比之下,还是传统磁盘上的数据更加静态。尽管NetApp并没有对此公开表态,但是这也很好的解释了NetApp在第一代SSD固态存储产品推出时,固态硬盘只是选装而已,并没有完全替代传统磁盘。

固态磁盘溶于磁盘阵列架构的方式通常有两种。首先,是SSD固态存储直接替换传统磁盘。很简单的,固态磁盘可以直接加到已经存在的磁盘阵列。EMC'的Wambach表示“在EMC Symmetrix磁盘阵列加入SSD固态存储的最大挑战,是无缝整合SSD固态存储层级和其他层级,并且所有的功能都工作正常。”

实际上,EMC第一代SSD固态存储部署的采用,磁盘阵列的整体架构没有任何改动。因为当时的磁盘阵列还是专门为传统磁盘设计的,一旦太多固态硬盘添加到存储中,磁盘阵列控制器就变成了瓶颈,甚至高端磁盘阵列Symmetrix DMX-4也不能避免这种性能瓶颈。

因此,在哪款磁盘阵列中添加多少块固态硬盘,都是很深的学问。IBM 的Barrera表示“随着固态硬盘的逐渐普及,现在的磁盘阵列都需要重新设计,以便能够更好的适应高性能的固态硬盘。”

在磁盘阵列中把SSD固态存储作为缓存使用

除了直接替代之外,NetApp在其第一代架构中,将SSD固态存储作为缓存使用。NetApp核心架构副总裁Chris Bennett曾经表示,“SSD固态存储在企业级存储的功用,现在还有待证明。我们现在的做法还是比较保靠,暂时只将SSD固态存储作为缓存使用。”

具体来看,NetApp使用SSD固态存储内存来缓存元数据。通过存储元数据的备份到存储控制器的NAND flash PCI-e卡上,元数据可以以内存的速度被访问。这种性能的提升是显著的,Bennett说“元数据在SSD固态存储内存上被访问,这样一来,在典型的Exchange环境中,我们大概可以提升40%的性能。”

跟NetApp类似,Gear6也专注于使用固态硬盘作为缓存,而不是彻底替换磁盘。Gear6的市场副总裁Gary Orenstein表示,“采用内存作为长期的存储将会有很多问题,比如说管理问题。这可能得不偿失。”该公司的Cachefx应用提供了DRAM或NAND flash的资源池,来加速用户和NAS设备的通信。Cachefx好像NAS一样被访问,只是Cachefx暂时只支持NFS协议。

一些SSD固态存储系统,比如像Texas Memory Systems(TMS)公司正在尝试简单的方法将SSD固态存储带入数据中心。该公司尝试将SSD固态存储直接加到SAN中,而且就好像传统磁盘一样被访问。这是一种非常简洁的方法,一个固态硬盘的0层级存储。它可以减少对于磁盘的消耗。

TMS的 RamSan系列可用DRAM或者NAND flash配置,给了消费者选择的余地。不像别的磁盘阵列厂商才刚刚开始采用固态硬盘,TMS一直以来都销售基于固态硬盘的存储系统。但是SSD固态存储需要自己的一套独立系统来管理。随着NAND flash的价钱下跌,添加SSD固态存储到已经存在的磁盘阵列上可能会变得更加合适,一个独立的固态硬盘系统可能性价比不是太理想。

总结:SSD固态存储将成为磁盘阵列的标准配置

EMC和小一些的厂商,像Nimbus Data Systems,是第一批推出0层级SSD固态存储的厂商。其他的磁盘阵列厂商虽然没有动作,但是也在密切观望,日立数据目前正在研究SSD固态存储。HP也计划提供SSD固态存储到其StorageWorks XP24000磁盘阵列中,在未来的9~18个月中,IBM也计划在DS8000高端磁盘阵列中添加固态硬盘。

在未来2~3年中,0层级SSD固态存储将会变成磁盘阵列的标准配置。而价格却会比现在低很多。长期来看,NAND flash的价格一直在下降。SSD固态存储驱动将会全面替代高端磁盘,不过这可能还需要至少5年时间。

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