固態(tài)硬盤:“零”的突破

價格過高、容量太小、應用范圍有限,這讓固態(tài)硬盤(SSD)在企業(yè)應用領(lǐng)域顯得曲高和寡。SSD的應用突破口究竟在哪里呢?我國南極科學考察隊選用SSD存儲系統(tǒng),中國移動遼寧分公司率先采用SSD技術(shù)……一次次應用的創(chuàng)新為SSD全面進入企業(yè)應用市場推開了一扇門。

■ 本報記者 郭濤

2009年6月3日,華為賽門鐵克科技有限公司宣布,我國南極科學考察隊選用了其專用SSD存儲系統(tǒng),標志著華為賽門鐵克在專用存儲設(shè)備領(lǐng)域零的突破。SSD存儲系統(tǒng)不僅可以應用在南極科考這樣的特殊應用領(lǐng)域,而且進入了電信這樣的主流應用領(lǐng)域。2008年底,中國移動遼寧分公司(以下簡稱遼寧移動)成為EMC公司SSD存儲系統(tǒng)在中國電信行業(yè)的首個用戶。

SSD在誕生初期,大多用于軍事、航空和高性能計算等領(lǐng)域,主要因為SSD具有高性能。隨著技術(shù)不斷成熟、價格逐漸降低,SSD的應用逐步擴展到公共安全、工業(yè)、電信等商業(yè)領(lǐng)域。近兩年,戴爾、EMC、惠普、HDS、IBM、NetApp、華為賽門鐵克等公司在高端或中端存儲系統(tǒng)中引入SSD硬盤,在很大程度上加快了SSD存儲系統(tǒng)進入企業(yè)應用市場的步伐。

零級存儲顯威力

經(jīng)過嚴格的測試,我國南極科學考察隊選擇了華為賽門鐵克的SSD存儲系統(tǒng)。在南極昆侖站,華為賽門鐵克SSD存儲系統(tǒng)經(jīng)受住了極地低溫、高海拔、強輻射的考驗,為重要科考數(shù)據(jù)提供了可信的存儲空間。據(jù)科考隊員介紹,以前科考隊也使用過專業(yè)寬溫磁盤設(shè)備,但是系統(tǒng)很不穩(wěn)定,科考活動還沒有結(jié)束,設(shè)備就出現(xiàn)了問題。

科考隊在2009年1月中旬完成了華為賽門鐵克SSD存儲系統(tǒng)的調(diào)試安裝,直到科考隊返回中國,SSD存儲系統(tǒng)運行正常,相關(guān)數(shù)據(jù)已發(fā)回研究室用于科研分析。

穩(wěn)定可靠、性能高、節(jié)能環(huán)保,這都是SSD的優(yōu)點。STORAGEsearch.com的一項調(diào)查顯示,46%的企業(yè)用戶對SSD表現(xiàn)出濃厚的興趣。華為賽門鐵克公司認為,高性能與低TCO(整體擁有成本)的特性使得SSD存儲系統(tǒng)在企業(yè)高性能業(yè)務應用(比如企業(yè)數(shù)據(jù)庫、郵件及流媒體等)中發(fā)揮著重要作用。

SSD存儲系統(tǒng)主要有兩種應用方式:一是作為全SSD存儲系統(tǒng),獨立支撐存儲應用;二是作為零級存儲,在分級存儲架構(gòu)中發(fā)揮作用。

1.全SSD存儲系統(tǒng)

全SSD存儲系統(tǒng)就是全部由SSD硬盤組成的存儲系統(tǒng)。

根據(jù)業(yè)務應用對性能的要求,用戶可在原有IT架構(gòu)中增加一臺全SSD存儲系統(tǒng),將高性能服務器上的數(shù)據(jù)保存在全SSD存儲系統(tǒng)中,以滿足應用對高IOPS(每秒I/O操作次數(shù))的要求。普通的業(yè)務數(shù)據(jù)仍然可以存儲在傳統(tǒng)的由機械式硬盤組成的存儲陣列中。

全SSD存儲系統(tǒng)充分滿足了企業(yè)高性能業(yè)務應用對性能的需求。但是,采用全SSD存儲系統(tǒng),用戶必須改變原有的IT架構(gòu),在某些情況下,并不能達到性價比的最優(yōu)化。

2.零級存儲

在SSD還沒有大規(guī)模進入企業(yè)級存儲領(lǐng)域之前,人們通常將在線磁盤陣列作為一級存儲設(shè)備,將離線的磁帶庫作為二級存儲設(shè)備。存儲系統(tǒng)分級是信息生命周期管理的需要。隨著時間的推移,信息在整個生命周期內(nèi)的不同階段體現(xiàn)出的價值不同,所處的存儲位置也不同。經(jīng)常被訪問的關(guān)鍵業(yè)務數(shù)據(jù)存儲在一級存儲設(shè)備中,而需要長久保留的數(shù)據(jù)在經(jīng)過一段時間后要從一級存儲設(shè)備遷移到二級存儲設(shè)備中,這不僅可以簡化存儲的管理,而且可以有效降低存儲的整體擁有成本。

SSD被引入到企業(yè)級存儲系統(tǒng)中后,存儲系統(tǒng)的層級可以劃分得更細,更能充分體現(xiàn)信息在不同生命周期階段的價值。SSD硬盤作為零級存儲層,可以存放需要頻繁改動和讀寫的數(shù)據(jù)。存放在SSD硬盤上的數(shù)據(jù)的離散性強、隨機度高,以并發(fā)隨機讀寫為主,通常包括系統(tǒng)啟動數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫應用數(shù)據(jù)等。此外,順序讀寫的大容量文件、圖片、流媒體等數(shù)據(jù)也可以存儲在SSD硬盤上。那些歸檔文件和不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)可以存儲在傳統(tǒng)的硬盤中。

擁有磁盤陣列產(chǎn)品的廠商通常采用的方法是,把SSD硬盤加入到磁盤陣列中,構(gòu)成SSD硬盤、傳統(tǒng)硬盤混合的存儲系統(tǒng),SSD硬盤實際上成了傳統(tǒng)硬盤的緩存。

零級存儲不僅可以滿足業(yè)務應用對高性能的需要,而且不必改變原有的IT架構(gòu),在高性能、低TCO和高可靠性之間尋找到了一個平衡點。因此,零級存儲也是SSD目前最普遍的應用方式。

EMC的策略是,將SSD硬盤作為零級存儲,傳統(tǒng)的光纖磁盤作為一級存儲,大容量、低功耗的SATA硬盤作為二級存儲,三種存儲介質(zhì)可以同時配置在一個系統(tǒng)中,構(gòu)成一個高效的分級存儲體系。EMC認為,高性能的企業(yè)級SSD硬盤與大容量、低功耗的SATA硬盤構(gòu)成了一個黃金組合,可以幫助客戶改善存儲系統(tǒng)的性能,降低系統(tǒng)的整體擁有成本。

為應用提速

由于SSD硬盤的加入,存儲系統(tǒng)的響應速度變得更快,讀寫效率也更高。硬盤訪問時間是由指令到達時間、尋道時間、命中時間和機械延遲組成的。傳統(tǒng)硬盤的機械特性導致大部分時間被浪費在尋道、查找數(shù)據(jù)和機械延遲上,數(shù)據(jù)傳輸性能受到嚴重影響。SSD硬盤采用固態(tài)芯片作為存儲介質(zhì),內(nèi)部沒有機械結(jié)構(gòu),因此沒有數(shù)據(jù)查找時間、延遲時間和尋道時間,數(shù)據(jù)傳輸速度較傳統(tǒng)硬盤有近100倍的提升。

傳統(tǒng)硬盤在進行隨機讀寫時,需要把磁頭不斷地移來移去,導致效率低下。現(xiàn)在最快的機械硬盤的磁頭平均移動時間是5ms,也就是說1秒鐘內(nèi)磁頭最多移動200次,即最多處理200個隨機讀寫請求。SSD沒有磁頭,省去了機械操作的時間,只要計算數(shù)據(jù)存放在哪塊Flash芯片的哪個位置,然后再對該位置進行讀寫即可。

目前,典型的SSD硬盤每秒最多可進行1.6萬次隨機讀寫,是傳統(tǒng)硬盤的80倍。正是由于SSD具備響應時間短、讀寫效率高的特點,大多數(shù)用戶才將SSD用于應用加速。

從2008年11月開始,遼寧移動的客戶發(fā)現(xiàn),詳單查詢的時間縮短了很多,剛剛結(jié)束的通話,立刻就能在互聯(lián)網(wǎng)或遼寧移動的查詢機上查到話費記錄。遼寧移動是如何做到這一點的呢?

詳單查詢的瓶頸出在通話記錄從交換機入庫到CRM系統(tǒng)的過程中。在業(yè)務高峰時,話單產(chǎn)生的速度遠大于入庫的速度,從而造成話單積壓。在話單入庫時,對數(shù)據(jù)庫索引的讀寫操作請求非常頻繁,而原有的光纖存儲系統(tǒng)不能及時處理這些請求。遼寧移動采用15000轉(zhuǎn)/分鐘的光纖磁盤,并將數(shù)據(jù)庫索引盡可能分散存儲到多塊磁盤上,以減輕單塊磁盤的壓力,同時還加大了高速緩存的容量,但是這些方法對提升系統(tǒng)性能的效果并不明顯。

2008年1月,EMC在高端存儲系統(tǒng)Symmetrix DMX-4中引入了SSD技術(shù)。從那時起,遼寧移動也開始關(guān)注SSD。遼寧移動業(yè)務支撐中心系統(tǒng)維護建設(shè)室主任王欣認為,基于閃存技術(shù)的SSD硬盤,讀寫機理是基于電子方式的,沒有傳統(tǒng)硬盤的機械裝置,讀寫速度更快。

2008年11月的某一天,遼寧移動在拿到EMC提供的9塊146GB的SSD硬盤后,只用一天時間就完成了所有SSD硬盤的配置工作。當天晚上,王欣便將詳單入庫的相關(guān)索引文件遷移到SSD硬盤上。測試結(jié)果表明,使用SSD硬盤后,系統(tǒng)的讀寫速度提高3～4倍,吞吐量提高10倍左右。

時至今日,遼寧移動使用SSD硬盤已經(jīng)有半年多。SSD硬盤的性能穩(wěn)定可靠,沒有出現(xiàn)任何異常。王欣認為:“SSD技術(shù)在電信行業(yè)有很大的發(fā)展空間。用戶只要使用少量的SSD硬盤,就可以解決業(yè)務系統(tǒng)內(nèi)部熱點數(shù)據(jù)造成的性能瓶頸問題?！睋?jù)記者了解,除遼寧移動外,另有多個省市的移動分公司也為其EMC Symmetrix DMX-4系統(tǒng)增配了SSD硬盤。

圖左為傳統(tǒng)的機械式硬盤,圖右為SSD硬盤

LAN

服務器

SSD陣列采取直連的連接方式

服務器

FC或SCSI

FC或SCSI

SSD陣列

磁盤陣列

LAN

SSD陣列接入存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)

服務器

服務器

光纖交換機

SSD陣列

磁盤陣列