張 磊

即使IT規(guī)劃者無法直接找到高性能和高利潤(rùn)之間的平衡點(diǎn),要判斷是否應(yīng)該購買固態(tài)硬盤也有簡(jiǎn)單的方法,那就是看重建后端存儲(chǔ)系統(tǒng)后,能否顯著節(jié)約成本并改善性能。

為應(yīng)對(duì)全球金融風(fēng)暴,企業(yè)不得不大幅壓縮IT預(yù)算,縮減數(shù)據(jù)中心面積,降低電力消耗,節(jié)約管理開支。IT規(guī)劃人員發(fā)現(xiàn),除了上述方法以外,還有一些簡(jiǎn)單而省錢的創(chuàng)新產(chǎn)品,不僅能夠顯著地改善性能,而且沒有什么風(fēng)險(xiǎn),這就是固態(tài)硬盤(SSD)。

保障性能是關(guān)鍵

多年以來,機(jī)械式的硬盤驅(qū)動(dòng)器占據(jù)了存儲(chǔ)介質(zhì)的主流。企業(yè)無論是選擇內(nèi)置的、直連的還是基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)設(shè)備,其架構(gòu)都是一樣的,即在前端放置某種緩存或硅片內(nèi)存(可能內(nèi)置在服務(wù)器、硬盤控制器或存儲(chǔ)陣列上),在后端提供大型的機(jī)械式硬盤存儲(chǔ)池。這種架構(gòu)的指導(dǎo)思想是把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)盡可能長(zhǎng)久地保存在緩存中,從而避免因等待硬盤I/O而造成的程序響應(yīng)延遲。

但是與后端龐大的存儲(chǔ)空間相比,緩存實(shí)在是太小了。存儲(chǔ)管理員和應(yīng)用系統(tǒng)管理員不得不絞盡腦汁,經(jīng)常對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)優(yōu)和配置,以確保最常用的數(shù)據(jù)能夠保留在緩存中。如果實(shí)在有困難,也要讓這些數(shù)據(jù)的訪問速度盡可能快,比如把這些數(shù)據(jù)條帶化到大量昂貴的高轉(zhuǎn)速硬盤上。

應(yīng)用系統(tǒng)管理員可以采用一些技術(shù)或方法克服緩存太小帶來的應(yīng)用難題。舉例來說,用戶可以配備由高轉(zhuǎn)速光纖通道磁盤組成的大存儲(chǔ)池,同時(shí)配備多臺(tái)高性能服務(wù)器、運(yùn)行多線程應(yīng)用程序。

在對(duì)OLTP環(huán)境的后端存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)優(yōu)時(shí),一個(gè)最佳實(shí)踐是把I/O配置到硬盤盤片的外圈磁道。這樣,磁頭臂就不必在速度最慢的內(nèi)圈磁道上進(jìn)行定位和讀寫。這種方法又被稱為短行程。此方法的確可以提供更好的系統(tǒng)性能,但代價(jià)頗高。短行程硬盤會(huì)浪費(fèi)硬盤50%～70%的容量。

有一種技術(shù)經(jīng)常和短行程技術(shù)同時(shí)使用,即把大量數(shù)據(jù)條帶化到多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器上。該技術(shù)通過同時(shí)使用多個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器來縮減I/O的次數(shù)。但是,這種方法同樣會(huì)增加成本。

此外,為了保證性能,人們會(huì)在系統(tǒng)中配備大量的高端多核服務(wù)器,通過應(yīng)用程序的多線程來保持硬盤資源的高利用率。

其實(shí),保障性能有一種更好的解決方法,就是完全拋棄旋轉(zhuǎn)式硬盤,把所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在硅片或者是固態(tài)硬盤上。

固態(tài)硬盤要注意匹配

將固態(tài)硬盤陣列和傳統(tǒng)的二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)配合在一起使用,是一種行之有效的方法。它的好處在于,既可以提供大容量的緩存,也可以利用中端硬盤驅(qū)動(dòng)器物美價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)。這種方法保證了系統(tǒng)的高性能和高效率,特別適合那些已經(jīng)在一級(jí)存儲(chǔ)上進(jìn)行了投資的企業(yè)。采用固態(tài)硬盤/二級(jí)存儲(chǔ)混合架構(gòu)所能達(dá)到的性能,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全部采用高端的一級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。

傳統(tǒng)的存儲(chǔ)廠商意識(shí)到了來自于固態(tài)硬盤市場(chǎng)的挑戰(zhàn),開始在自己現(xiàn)有的存儲(chǔ)產(chǎn)品中增加閃存附件。這種閃存附件被用作集成多級(jí)存儲(chǔ)的附加層。

從表面上看,采用上述方法是十分合理的。因?yàn)橛脩艨赡芤呀?jīng)購買了該廠商的存儲(chǔ)陣列,而繼續(xù)向該存儲(chǔ)廠商購買些固態(tài)硬盤是順理成章的。實(shí)際上,這種通過改裝傳統(tǒng)存儲(chǔ)陣列來使用固態(tài)硬盤的方式存在明顯的缺點(diǎn)。

首先,傳統(tǒng)的存儲(chǔ)陣列是針對(duì)有限的緩存和大容量存儲(chǔ)池(機(jī)械式的硬盤驅(qū)動(dòng)器)設(shè)計(jì)的。因此,傳統(tǒng)存儲(chǔ)平臺(tái)設(shè)計(jì)中內(nèi)在的延遲就成為使用固態(tài)硬盤資源的性能瓶頸。即使在傳統(tǒng)存儲(chǔ)陣列中直接附加固態(tài)硬盤,系統(tǒng)的高性能也無法完全發(fā)揮出來。

其次,在傳統(tǒng)磁盤陣列中直接附加固態(tài)硬盤,將造成可用空間和資源的減少。舉例來說,一個(gè)或兩個(gè)固態(tài)硬盤驅(qū)動(dòng)器就有可能占用原來供12個(gè)傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動(dòng)器共享的全部帶寬,從而顯著降低可用存儲(chǔ)空間,并造成3/4機(jī)架空間的閑置。此外,固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)容量中只有一小部分可用于這種整合的存儲(chǔ)構(gòu)架。

為了能夠充分利用固態(tài)硬盤的高性能,傳統(tǒng)存儲(chǔ)廠商不得不設(shè)計(jì)更小的新型機(jī)架,或者對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),并針對(duì)固態(tài)硬盤進(jìn)行優(yōu)化。此時(shí),用戶面臨的主要問題是高性能的固態(tài)硬盤和機(jī)械式硬盤驅(qū)動(dòng)器之間難以有效匹配。用戶必須做出選擇:要么充分發(fā)揮固態(tài)硬盤的性能,但需要配合價(jià)格昂貴的高性能機(jī)械式硬盤驅(qū)動(dòng)器;要么采用低性能的固態(tài)硬盤,使之可以配合價(jià)格適中的機(jī)械式硬盤驅(qū)動(dòng)器。

固態(tài)硬盤保證高性能

純粹的固態(tài)硬盤廠商可提供特制的存儲(chǔ)陣列或設(shè)備,針對(duì)固態(tài)硬盤的I/O吞吐量進(jìn)行優(yōu)化。純粹的固態(tài)硬盤系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)存儲(chǔ)平臺(tái)的架構(gòu)局限,讓最終用戶可以獲得期望的高性能。當(dāng)然,如果固態(tài)硬盤廠商想在架構(gòu)中支持機(jī)械式硬盤,也會(huì)遇到兩者如何匹配的問題。固態(tài)硬盤廠商把注意力集中在為較小的數(shù)據(jù)集提供高性能訪問,同時(shí)也支持傳統(tǒng)的機(jī)械式硬盤驅(qū)動(dòng)器。

固態(tài)硬盤陣列平均每機(jī)架單元的存儲(chǔ)能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)存儲(chǔ)廠商的固態(tài)硬盤附件。固態(tài)硬盤陣列機(jī)架的密度可以達(dá)到傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)機(jī)架的20倍。只要少量機(jī)架單元,固態(tài)硬盤系統(tǒng)就可以提供4TB的存儲(chǔ)容量。如果在常用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上裝滿固態(tài)硬盤,存儲(chǔ)量可達(dá)20TB。

并非所有的數(shù)據(jù)都值得存儲(chǔ)在固態(tài)硬盤上,只有那些需要高性能訪問的關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)才應(yīng)該存儲(chǔ)在固態(tài)硬盤上。這些數(shù)據(jù)包括OLTP系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)、需要頻繁訪問的數(shù)據(jù)表和日志文件等。由于固態(tài)硬盤每GB的存儲(chǔ)成本要高于傳統(tǒng)硬盤,IT決策者必須考慮整個(gè)系統(tǒng)的投資回報(bào)。

用戶通常會(huì)考慮每GB的存儲(chǔ)成本。其實(shí),每個(gè)I/O的成本也同樣重要。對(duì)于那些需要龐大硬盤驅(qū)動(dòng)器配置、短行程技術(shù)和多應(yīng)用服務(wù)器的系統(tǒng)來說,常常需要使用一些非常昂貴的解決方案來保證性能。更為棘手的問題是,這些解決方案還要面臨整合和環(huán)保等方面的問題。因?yàn)槭褂玫挠脖P越多,用戶就需要更多的數(shù)據(jù)中心空間、更多的電力和制冷、更多的成本開銷以及更高的管理開銷等。

未來,隨著低成本固態(tài)硬盤陣列的出現(xiàn),企業(yè)的IT規(guī)劃者可以更多地利用固態(tài)硬盤陣列來滿足業(yè)務(wù)的需求,并且顯著提升服務(wù)水平。