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SSD應該如何使用
固態(tài)硬盤(pán)（SSD）讓企業(yè)界非常興奮，其主要原因在于其速度快。雖然SSD每GB的價(jià)格與普通硬盤(pán)（HDD）相比高得令人咂舌，但在某些情況下，SSD卻要比HDD省錢(qián)。SSD有可能更適合那些需要用數量眾多的HDD來(lái)提升存儲系統總體I/O性能的場(chǎng)合。在許多情況下，僅一塊SSD就能提供比一組企業(yè)級HDD快得多的速度，并以合理的價(jià)格提供足夠的存儲容量。
不過(guò)，企業(yè)級SSD的價(jià)格還是很貴，單價(jià)從數千美元到數十萬(wàn)美元不等。這阻礙了IT管理人員和原始設備制造商（OEM）想把SSD普遍用于數據中心的熱情，促使他們考慮把數量很有限的SSD用到數據中心的什么地方最合適，是服務(wù)器里還是存儲陣列里。
SSD與HDD
圖1顯示了計算系統的存儲層次體系。該圖表從帶寬和每GB成本的角度，對存儲層次體系的不同部分所在位置做了大致描述。我們使用重對數圖表格式來(lái)幫助發(fā)掘可能會(huì )隱藏的所有數據——要是用線(xiàn)性標度來(lái)表述性能或成本，有些數據會(huì )隱藏起來(lái)。三個(gè)標為L(cháng)1、L2和L3的橢圓形代表處理器里面或外圍的三種可能的高速緩存層。
動(dòng)態(tài)隨機存儲器（DRAM）的性能與HDD的性能存在非常大的差距，這導致多年來(lái)需要彌補的差異日漸拉大。雖然企業(yè)級HDD位于圖1中HDD橢圓形的頂端，但它提供了一種成本相對較高的方式來(lái)接近DRAM橢圓形的底端。因此，出現了基于閃存的SSD，這種經(jīng)濟高效的方式可彌補這個(gè)差距。
由于近年來(lái)NAND每GB的價(jià)格已降到低于DRAM，計算機設計人員一直在尋找有意義的方式來(lái)充分利用這項技術(shù)，以便在降低成本的同時(shí)可以改善計算機的性能。閃存SSD正是實(shí)現這個(gè)目標的一條途徑。雖然NAND閃存的速度不及DRAM，但卻超過(guò)HDD。NAND的價(jià)格比DRAM便宜，但比HDD來(lái)得貴。因而，這項技術(shù)適合彌補高容量HDD與DRAM之間的性能差距。
基于閃存的SSD對企業(yè)級HDD構成了重大威脅，許多OEM廠(chǎng)商和IT管理人員預計將來(lái)的系統會(huì )使用SSD（實(shí)現高速）結合低價(jià)格高容量的HDD（實(shí)現海量存儲）來(lái)構建，從而跳過(guò)了原本可以在低價(jià)HDD與DRAM之間找到立足之地的企業(yè)級HDD。
最近，一批閃存SSD生產(chǎn)商推出了滿(mǎn)足服務(wù)器OEM廠(chǎng)商的需求、價(jià)格又讓人滿(mǎn)意的設備。它們目前的產(chǎn)品價(jià)格還很貴（單價(jià)超過(guò)3000美元），主要用來(lái)替換成本高昂的短行程（short-stroked）企業(yè)級HDD陣列（短行程這項技術(shù)是指，編程人員只使用HDD上的幾個(gè)鄰近磁道，忽略硬盤(pán)上的其余磁道，從而設法盡量減少HDD的磁頭運動(dòng)，進(jìn)而盡量縮短訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。）
盡管短行程硬盤(pán)只訪(fǎng)問(wèn)一小部分可用磁盤(pán)空間，但從磁盤(pán)讀取數據的速度卻比平�？斓枚��？梢圆捎眠@種方法，做到讓幾十IOPS的磁盤(pán)以幾百I(mǎi)OPS的速度提供數據。在某些情況下，用戶(hù)們覺(jué)得采用這種折衷方法是值得的。如今市面上的一個(gè)短行程系統使用53TB的HDD只能提供9TB的可用空間。
EMC公司最近對使用SSD的Symmetrix陣列與標準的純HDD高性能存儲陣列配置做了對比。標準配置用244個(gè)300GB容量、15000轉的光纖通道HDD構建而成�；赟SD的系統只用了136個(gè)同樣的300GB光纖通道HDD，但是添加了32個(gè)1TB的標準SATA硬盤(pán)來(lái)擴增容量和8個(gè)73GB的固態(tài)硬盤(pán)來(lái)存儲對速度最敏感的數據。結果，使用SSD的陣列在硬盤(pán)數量少用26%的情況下，提供的IOPS高出60%。系統所需的耗電量比純HDD系統少21%，成本低17%。
如今的企業(yè)級閃存SSD大多號稱(chēng)可提供幾萬(wàn)IOPS，也就是說(shuō)，速度比短行程HDD快100倍左右。固態(tài)硬盤(pán)的較高帶寬，加上短行程HDD實(shí)際使用的非常小的容量，常常有望為SSD取代一組HDD提供機會(huì )。只要SSD的容量與短行程HDD中所用的容量一樣大，只要SSD的帶寬與HDD陣列的帶寬相匹配，價(jià)格又不相上下，SSD就有望提供一種HDD陣列之外的更經(jīng)濟高效的選擇。
DRAM固態(tài)硬盤(pán)
多年來(lái)，好幾家公司一直在耕耘基于DRAM的固態(tài)硬盤(pán)市場(chǎng)。這個(gè)領(lǐng)域的巨頭德州內存系統（Texas Memory Systems）公司早在1976年就推出了第一個(gè)SRAM SSD，此后不久又推出了DRAM SSD。Solid Data是另一家從事這個(gè)領(lǐng)域的廠(chǎng)商，甚至推出了小型模擬化SSD，專(zhuān)門(mén)用于高性能個(gè)人電腦游戲社區。很早進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的廠(chǎng)商還包括EMC和 Dataram，而Violin Memory則是最近涉及該領(lǐng)域的廠(chǎng)商，這家公司提供了一種獨特的方法來(lái)集成DRAM層。
DRAM SSD提供了極高的性能，但有兩個(gè)不利因素。首先也是最重要的是，由于使用DRAM，結果每GB的成本要高于服務(wù)器中的DRAM主內存。那么，為什么數據中心還要使用這種設備呢？那是因為設計這些硬盤(pán)的初衷就是為了添加比服務(wù)器硬件和軟件所能支持的更多的DRAM。
其次，DRAM SSD具有易失的缺點(diǎn)，因而部署的系統必須為DRAM提供后備支持，以防斷電。較舊的系統為DRAM提供后備支持的辦法是在電池供電情況下將數據轉移到HDD上；現在的DRAM SSD使用多并行路徑（若使用HDD方法，無(wú)法獲得這些路徑），將DRAM中的數據后備至NAND。這提供了非�？斓膫浞莺突謴退俣�，又大大節省了電力，減少了執行這項重要功能所需的電池容量。
DRAM SSD始終會(huì )在企業(yè)級系統中扮演重要角色。
數據中心中的固態(tài)硬盤(pán)
數據中心通常由裝在獨立機柜的服務(wù)器和存儲系統構建而成（圖2）。共享存儲系統可解決很多問(wèn)題，特別是當工作負載在服務(wù)器之間轉移時(shí)，這是由于數據訪(fǎng)問(wèn)任務(wù)平均分配給了所有服務(wù)器。另一方面，直接安裝到服務(wù)器中的存儲系統越多，必須經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送的存儲請求數量就越少。
若使用速度更快的存儲系統，網(wǎng)絡(luò )兩端都能得益。存儲陣列逐漸使用“分層”存儲，在這種環(huán)境下，存儲陣列用不同速度級別和成本的存儲設備來(lái)構建。在圖1中，最左邊代表磁帶和HDD的兩個(gè)橢圓形可以被分為第1層、第2層和第3層。磁帶用于第3層，高容量HHD用于第2層，企業(yè)級HHD用于第1層。存儲陣列把I/O請求最頻繁或稱(chēng)為“熱”的數據存儲在第1層，把很少使用或稱(chēng)為“冷”的數據存儲在第3層。陣列中的軟件負責管理這些層之間的數據，為“熱”數據分配速度較快的存儲系統，而把“冷”數據放到較低的存儲層上。
SSD出現在存儲陣列中后，一個(gè)新的層（稱(chēng)為第0層，Tier 0）將應用于這些設備上。SSD的優(yōu)勢在于，它已經(jīng)很適合現有的管理模式，并且將存儲陣列的性能帶到了一個(gè)新的層面。
EMC公司是第一家廣泛支持存儲陣列中SSD的廠(chǎng)商，2008年年初即宣布了在Symmetrix系統中使用第0層存儲。該系統使用了STEC公司的超高速ZeusIOPS光纖通道SSD。
幾個(gè)月后，IBM公司推出了其DS8000存儲系統的升級版本，這款產(chǎn)品基于Fusion-io公司的IOdrive PCIe SSD，可提供高達100萬(wàn)IOPS。
戴爾公司將其存儲層命名為“池”（pool），第1池由SSD組成，第2池由企業(yè)級HDD組成，以此類(lèi)推。其他公司也推出了類(lèi)似產(chǎn)品，有些甚至在EMC之前就推出了，只是它們沒(méi)有那么高的知名度罷了。
加快存儲陣列速度存在的一個(gè)困難是，從服務(wù)器到陣列的所有數據訪(fǎng)問(wèn)還是會(huì )受到網(wǎng)絡(luò )延遲的影響；而在某些情況下，這種延遲令人無(wú)法接受。在這種情況下，數據中心的管理人員經(jīng)常使用兩種方法，一是添加DRAM高速緩存，從存儲陣列復制數據；或者安裝額外服務(wù)器，每一臺服務(wù)器用來(lái)存儲及操作一部分工作負載。但這兩種方法都需要高昂的成本。
OEM廠(chǎng)商及其客戶(hù)發(fā)現，如果為服務(wù)器添加SSD，就能減少對DRAM的需求，有時(shí)甚至減少所用服務(wù)器的數量。這不僅帶來(lái)了盡量少占場(chǎng)地、節省電力/冷卻成本的好處，還往往會(huì )帶來(lái)另一個(gè)潛在的好處，即減少軟件許可的成本，因為軟件許可常常與處理器數量密切相關(guān)。
Sun公司很早就在其服務(wù)器中采用了SSD。最初用的是英特爾的SSD，后來(lái)推出了可以插入到服務(wù)器或專(zhuān)用固態(tài)存儲板的開(kāi)放標準SATA模塊。這種模塊基于供筆記本電腦DRAM使用的JEDEC標準SO-DIMM規格。Sun還宣布了其ZFS文件系統的升級版本，不需要管理員的干預，就能自動(dòng)管理“熱”數據和“冷”數據。
在過(guò)去幾年中，大多數其他服務(wù)器OEM廠(chǎng)商在基于標準SATA SSD的系統中采用了SSD選件；而有些廠(chǎng)商更進(jìn)一步添加了像Fusion-io公司的IOdrive這樣的設備，因而需要對系統進(jìn)行重新配置。不過(guò)，SATA SSD最常見(jiàn)，盡管它們的帶寬受到SATA接口的限制。
兩種方式共存？
Objective Analysis公司對此并沒(méi)有傾向于哪種拓撲結構。直接連接的SSD存儲系統在減少網(wǎng)絡(luò )流量方面表現很出色，但影響數據共享。存儲陣列中的SSD可以大幅度減少網(wǎng)絡(luò )延遲，可數據傳輸仍會(huì )受制于網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)。哪種選擇最佳，這在很大程度上取決于工作負載的類(lèi)型。
從長(cháng)遠來(lái)看，隨著(zhù)SSD日益普及（預計最快三年內會(huì )出現這一幕），許多數據中心會(huì )采用混合方法，把SSD同時(shí)添加到存儲陣列和服務(wù)器中。兩者可以共同減少網(wǎng)絡(luò )流量，縮短響應時(shí)間，這樣就能獲得速度更快的系統，不但所用硬件成本更低、所占場(chǎng)地更小，耗電量也更少。
加州理工大學(xué)的Carver Mead教授所說(shuō)的一番話(huà)很適合這種情況。他表示，網(wǎng)絡(luò )通道所需要的帶寬與網(wǎng)絡(luò )兩端的智能水平成反比。許多數據中心的管理人員會(huì )發(fā)現，若通過(guò)利用SSD來(lái)增加網(wǎng)絡(luò )任何一端的智能，自己面臨的挑戰會(huì )從原來(lái)的網(wǎng)絡(luò )延遲問(wèn)題轉移到計算瓶頸的其他部分。
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