I/O访问模式大变革闪存阵列应用解决方案

2015-07-29 10:02 出处:其他 作者:佚名 责任编辑:zhangxiaomeng

  【PConline 解决方案】闪存可以消除所有传统硬盘存储系统中常见的旋转延迟和寻道延迟问题,从而提供出色的性能,这对于随机I/O尤其有效。在当今虚拟化应用程序环境中,I/O访问模式由于虚拟化的“混合作用”而变得更加随机。因此,闪存提供的出色性能意义重大。此外,闪存现在的购买价位比高速缓存便宜得多。因此,可以像部署传统硬盘存储一样,以超过高速缓存的容量来部署闪存。数据中心对闪存的使用越来越多,一些业内权威人士预计,规模经济最终会将闪存成本降低到与传统硬盘存储同样的级别,随着时间的推移,闪存将完全取代传统硬盘存储。

  并非所有闪存驱动器均完全相同

  虽然闪存能够取代数据中心的传统硬盘存储,但与磁介质相比,闪存实际上采用了不同的中硅或电子与非门,在性能、成本和数据保留特性上有很大不同,而这些因素可能会影响数据中心应用程序工作负载的经济性和运行状况。因此,在考虑采用闪存之前,有必要了解闪存技术的一些基本知识。

  写耐用性:与传统硬盘存储上的磁介质不同,对于闪存,必须先擦除其中存储的数据,才能写入或“编程”新数据,这称为“编程-擦除”周期(PE/C)。闪存上与非门的PE/C最多约几千个,在经过最大周期数量后,闪存驱动器的性能和可靠性将大大下降,性能可能会降至原来的十分之一。闪存技术的这一特性限制了可以在闪存驱动器上执行的写操作数量。闪存的这一限制称为写耐用性,以每日驱动器完全写入次数(或每日驱动器填充次数)表示。

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  写悬崖:必须先擦除闪存驱动器中的与非门块才能将块写入,这一要求意味着闪存驱动器需要保留预先擦除的块,才能通过消除在每次按需执行擦除流程时可能发生的延迟来提高性能,即使写入较小的块也不例外。如果闪存驱动器中预先擦除的块不足,尤其是在驱动器已满的情况下或在持续的写密集型操作期间,可能会由于闪存驱动器尝试创建空闲的与非门块而产生较长时间(50毫秒以上)的延迟。闪存驱动器的这种写入性能降级称为写悬崖。

  可以通过多种方法解决闪存驱动器的写耐用性和写悬崖问题,进而影响其成本和使用寿命。例如,要避免/延迟写悬崖,通常可过度配置用于内部事务处理的容量(增加每GB成本),以及使用称为“磨损均衡”的流程,将对同一个块的重复写入遍布到闪存上的多个新位置,以此确保驱动器受到均衡磨损(延长驱动器使用寿命)。

  如今,市面上有三种基于写耐用性的常见企业级闪存驱动器。您对每项应用程序工作负载所选择的闪存驱动器可能会影响数据中心的经济性和运行状况。

  读优化(RO)或多层单元(MLC)驱动器:此类驱动器针对读操作进行了优化。通常,MLC闪存驱动器的写耐用性为每日对驱动器填充1-3次。MLC闪存驱动器也是价格最低的企业级闪存驱动器。

  写密集型(WI)或单层单元(SLC)驱动器:与RO驱动器相比,此类驱动器的写耐用性较高,并且过度配置程度通常更高。SLC闪存驱动器的写耐用性通常为每日对驱动器填充20到30次。写耐用性越高,成本就越高;因此,SLC是最昂贵、最可靠的企业级闪存驱动器。

  混用(MU)或企业级MLC (eMLC)驱动器:这两种类型的驱动器尝试从写耐用性和成本角度上,兼顾SLC驱动器和MLC驱动器各自的优势。MU驱动器的典型写耐用性为每日对驱动器填充5到10次。

  在企业IT解决方案中部署闪存

  可以在IT解决方案的各个层使用闪存来改进应用程序I/O性能。当然,与任何其他技术一样,没有一种方法能适于所有使用情形,您必须对适当的应用程序使用适当的闪存,才能使您的数据中心实现闪存的经济和运行优势。

  将闪存用作存储阵列中的高速缓存

  最早采用闪存的方式之一是将闪存用作存储阵列中的第二层高速缓存。这样做的目的是在基于DRAM的系统高速缓存和速度较慢的硬盘之间放入一个较快的介质。借助将闪存驱动器用作第二级高速缓存的巧妙方法,阵列软件能够得到增强。通过将常用数据移至闪存高速缓存,能够减少从传统硬盘读取数据的需要,这可以缩短延迟,从而大大提升应用程序的性能。

  此方法将存储控制器高速缓存层与闪存相结合,从而扩展了高速缓存层,提高了性能,但这需要经过一个使用工作负载热点来填充高速缓存的预热阶段,并且常常伴有缺陷,例如在整个周末执行备份作业后,周一早上的响应时间会较长。

  将闪存用作存储阵列中的多个层

  在过去几年中,闪存价格大幅下降,每GB闪存的价格接近于15K RPM传统硬盘的价格。因此,现在可以将多种类型的闪存驱动器部署为阵列中的多个存储层。通过此战略,客户能够部署更大容量的闪存。与智能分层功能相结合,此战略能够将闪存优势扩大到更大比例的已部署容量。虽然此方法能够混合传统硬盘和不同类型的闪存驱动器,进而将闪存优势扩大到更大比例的已部署容量,但其有效性完全取决于阵列软件分层功能的成熟度和灵活性。

  用于应用程序加速的服务器连接闪存

  此方法旨在将闪存优势扩展到应用程序。PCI总线的访问速度高于符合行业标准的磁盘驱动器接口(例如SAS或SATA)。因此,为提高服务器上运行的应用程序的性能,此方法将闪存驱动器直接置于高速PCI总线上,并提供智能软件,使服务器将闪存用作服务器内存高速缓存的扩展。[返回频道首页]

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