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如何利用固态硬盘技术创建0级存储

随着固态硬盘(SSD)技术价格的下降,各公司开始在高性能存储层“tier 0”中使用SSD技术。

许多公司开始在高性能存储层中使用固态硬盘(SSD)技术称为层0

一级存储,也称为生产存储,可视为生产数据的一级舱。Tier 2和更低的存储层是为了处理不太重要或不需要Tier 1存储的性能特征的数据而开发的。

现在出现了一种新的存储层:0级存储。Tier 0是基于固态存储器的存储,用于改进当前Tier 1存储所能提供的性能。在过去,Tier 0存储一直以aRAM磁盘而且相当昂贵。事实上,为了证明RAM磁盘的高成本是合理的,您不仅必须确定您的性能问题是基于存储的,而且还必须能够显示您在RAM磁盘上的投资回报。

然而,今天,这种情况正在改变。固态设备成本的下降正在造成SSD技术更易于在整个数据中心访问。但是,尽管SSD的成本降低扩大了该技术的吸引力,但公司选择SSD时的首要考虑仍然是性能。

要想与4U SSD的性能相匹配,需要一个巨大且昂贵的磁盘阵列,并且需要跨多个驱动器的大磁盘LUN。一如既往,简单胜出。如果要在简单的4U SSD和带有复杂驱动器设置的大型磁盘阵列之间进行选择,许多客户都会选择SSD。

建立第0层的第一步是确定应该进入系统的数据。

ssd有两种形式:基于ram的系统和基于闪存的系统。闪存正在改变SSD的前景。尽管flash没有基于ram的系统的性能,但它比传统的基于磁盘的阵列(甚至是性能最好的阵列)快得多,这使它成为一些数据中心的完美解决方案。

基于ram的系统比闪存更贵。例如,目前基于闪存的ssd的通用容量采购点是2tb。这2tb的闪存通常标价19万美元。普通ram的容量为128gb,售价约为70,000美元。如果以2tb的容量购买一个基于ram的SSD,价格将超过100万美元。

虽然目前基于闪存的系统的销量超过了基于ram的系统(总容量),但基于ram的SSD系统的销量也在单位销量上增长。当您需要基于ram的性能时,您通常可以证明额外的支出是合理的。

与基于闪存的SSD不同,基于RAM的系统对写入其中的数据量不敏感。基于闪存的系统可以处理的写入量在理论上是有限的。此外,基于闪存的系统不能提供与基于RAM的系统相同级别的写入性能。

因此,在存在具有重要写I/O的非常活跃的文件的情况下,就像那些重做日志或者撤销段,基于RAM的系统通常是更好的选择。在重做日志或撤消段阻塞当前磁盘I/O功能的数据库环境中,可以测量I/O的最大增长,并快速实现投资回报。

如何创建第0层

第一步建立第0层识别应该进入系统的数据。对于基于ram的系统,这些应用程序具有较高的写I/O事务。在这些应用程序中,可以将特定的文件标识为“热”文件,这意味着这些文件非常活跃,它们需要比磁盘子系统能够提供的更多的I/O。

让我们回到上面的情况,在这种情况下,来自数据库的重做日志或撤消段被放置在RAM磁盘上。三种最可能的解决方案是升级到更快(也更昂贵)的磁盘阵列;将数据分散到阵列中的更多驱动器上(使您更容易出现双驱动器故障);或者买一个固态硬盘。这些高写I/O应用程序非常适合基于ram的系统,而不是闪存。RAM SSD安装的另一个驱动因素是低延迟。对于许多应用程序来说,延迟比绝对峰值IOPS更重要,尽管最佳组合提供了低延迟和高IOPS。

在基于闪存的系统上运行良好的数据来自于读密集型应用程序,或者至少是那些具有更正常写入级别的应用程序。如果闪存系统有足够大的RAM缓存,它还可以支持高突发写入,这意味着它适合于需要大量磁盘I/O但无法识别单个热文件的应用程序,如数据仓库。

基于闪存的系统提供比基于ram的系统更高的容量,以及更低的功耗。由于基于闪存的SSD的可用容量,现在可以将整个数据库移动到SSD上。

保护第0层

如何保护新的0级车?毕竟,这是记忆。Flash通常以模块的形式出售,这些模块被分组在一个阵列中,其中一个模块被指定为奇偶驱动器。这有效地构建了raid3保护策略。此外,就像u盘中的内存一样,闪存驱动器不需要电源来维护存储的数据。

但由于RAM驱动器在任何时候都需要电源,因此保护成为首要问题。一些基于RAM的系统使用电池备份,并具有内置硬盘驱动器,以在系统手动关闭或断电时存储数据。在断电期间,系统的电池将保持装置运行,并且系统会将其内容复制到硬盘驱动器,以防电池耗尽前电源无法恢复。

基于RAM的SSD还利用了纠错内存(ECC)和IBM的Chipkill技术。(惠普也提供了一个类似的系统,名为Chipspare。)这些技术提供了一种高级错误检查和纠正(ECC)技术,可以保护计算机内存系统免受任何单个内存芯片故障,以及单个内存芯片的任何部分的多比特错误。

例如,Chipkill通过将ECC字的位分散在多个内存芯片上来执行此功能,这样任何一个内存芯片的故障都只会影响一个ECC位。这允许系统重建内存内容的内容,尽管一个芯片完全失效。

Chipkill通常与动态比特控制相结合,因此,如果一个芯片出现故障(或超过一个比特错误阈值),一个备用内存芯片将替代故障芯片。这一概念与防止硬盘故障的RAID类似,但现在这一概念适用于单个内存芯片。上世纪90年代,IBM开发Chipkill的时候,它专注于大型机和高端Unix系统,但现在它被用于SSD。IBM进行的一项关于Chipkill效果的研究表明,它将存储系统中数据丢失的可能性降低了两个数量级。

基于RAM的系统:它们是绿色的吗?

基于RAM的系统是绿色的吗?在每TB功率的比较中,答案是否定的,但这种比较不是真实的。为渴望磁盘I/O的应用程序提供更高性能的传统方法是创建具有高驱动器数的LUN。阵列组中的驱动器轴越多,磁盘I/O性能越快。这些额外的驱动器需要更大的功率,而且通常,特别是在非虚拟化存储技术中,存在大量磁盘容量浪费,特别是在非虚拟化存储环境中。用户必须牺牲有效的容量利用率来提高速度。

ssd不需要额外的主轴;它们的速度非常快。结果是更少的设备数量,从而降低功耗率。

绩效预期

一个典型的硬盘驱动器执行4- 5毫秒的读写操作,大约每秒150-300个随机I/ o。基于ram的SSD读写速度为0.015 msec,每秒约400,000 I/ o。一个基于闪存的SSD大约做0.2 msec的读和2 msec的写。I/O性能为每秒读100,000个随机I/O,每秒写25,000个I/O。

德州记忆系统公司开发了一种高速缓存闪存固态硬盘。通过利用一个基于ram缓存在缓存命中方面,它提供了与基于ram的SSD相似的性能数字,因此提供了两个世界的最佳结果。

率先开拓SSD市场的公司(如德克萨斯州内存系统公司)现在正与存储阵列制造商(如EMC、Sun、NetApp和Hitachi Data Systems)一道努力应对这一迅速扩大的市场。例如,NetApp和HDS预计今年也将提供SSD解决方案。

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