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混合闪存存储阵列选购指南

[日期:2014-03-14] 来源:企业网D1Net  作者: [字体: ]

  混合闪存阵列在性能上优于基于传统硬盘的阵列,延时更低,而且价格比大多数纯闪存阵列要便宜。然而,它们的价格仍然高于基于传统硬盘的阵列,结构上也要复杂得多。 鉴于价格和复杂性的缘故,到底哪种类型的应用和环境才能从混合闪存阵列中获得最大的益处呢?

  首先,我们先来看看开发闪存阵列的目的何在:高数据增长率已经对数据中心造成了巨大的影响。分析这个问题可以从“3V”入手,即:容积(volume)、速度(velocity)和多样性(variety)。

  很多数据中心的数据正在以每年100%以上的速度递增。这些超量数据对维持数据中心的存储容量和性能以及控制采购、维护、数据中心占地和能源成本提出了一个严峻的挑战。 数据增长的速度也非常快。 由于数据年增长速度达到甚至超过了100%,企业IT部门很难跟上这种增长率。在这种数据保持快速增长的情况下,制定各项战略存储决策都是极其困难的。

  现在还要加上数据多样性的问题,IT需要储存的数据的种类是多种多样的,包括文本和数字文档、音频与视频、移动数据增长以及曾经成为史上最大的数据增长来源之一的:机器生成的数据。 例如,一名航班旅客在旅行时在航班细节方面产生数个GB的数据,包括他的身份、安全、座位、飞行状态、天气、机场等等。每天乘坐飞机的旅客数以万计,两者相乘就可以算出每天新增的航班旅客数据。

  数据和IO

  数据每一次在服务器之间移动以及存储它的时候都会发生输入/输出(IO)活动。 快速增长的数据量、越来越快的性能以及各种数据类型都增加了网络和存储系统对IO数量和速度的需求。

  在服务器虚拟化环境下,这个问题更加严重。虚拟化技术用来管理服务器和应用增长的问题很合适,但是虚拟化服务器会跟各种存储资源产生更多的IO活动。 技术进步通常也会令服务器产生的IO活动数量增加,但是由于机械方面的限制,存储设备不能保持同样的速度增长。

  在从服务器到存储设备的每一个层级,包括控制器、光纤和物理服务器自身,都存在IO瓶颈的问题。但是到目前为止,最主要瓶颈仍是因为传统硬盘的机械结构而造成的存储设备IO瓶颈。

  应用程序向操作系统发出IO请求,操作系统再将IO资源分配给存储系统。存储系统在磁盘上选择一个合适的地点给新增IO活动使用,然后将磁盘头移动到新增IO活动发生的地点。 与此同时,磁盘就在磁盘头下方开始转动。

  那个过程中需要发生很多的物理活动,这会对存储性能造成巨大的影响。此外,IO写入通常会造成某一项IO活动影响多项IO活动的结果,因为它需要用到不相连的存储单元。 由于寻找速度变慢,延时就会加长,从而对读写数据都造成影响。

  然而传统硬盘在提升性能速度方面是非常受限的。由于它们是机械结构的,因此它们的IOPS最高也只能达到100-200,寻道时间最快也只能达到3.6毫秒。 如果将一块硬盘的IOPS提高到200,会发生什么样的情况? 它需要用到剥除(striping)、群集(clustering)和并行(parallelizing)多种技术,还要占用多块磁盘资源和存储控制器。

  即便是目前最先进的存储技术也只能做到这一步。结果就是:因为寻道时间和磁盘旋转延时的关系,存储设备上存在着严重的瓶颈问题。 然而,在任何一个特定时刻点上,都有成千上万甚至上百万的IO请求抵达存储控制器。

  闪存能够解决这个问题?

  闪存技术是目前公认的、解决IO瓶颈的最佳解决方案。闪存技术已经被应用到很多的领域,包括:某些环境将PCIe闪存卡当做服务器一侧的高速缓存技术来使用,服务器、连网或存储的每一个层级都可以看到固态硬盘的身影。

  不同的闪存阵列的IO速度和延时可能有很大的差异。混合阵列将闪存高速缓存和闪存层级与固态硬盘或传统硬盘结合在一起使用。 这些系统的最高性能速度可达10万IOPS,延时3到5毫秒,同时还能保证阵列中有足够的存储空间可用。 纯闪存阵列的数据处理速度通常更快,可以远远超过10万IOPS的水平,延时通常不到1毫秒,但是它的存储容量比混合阵列要少得多。

  价格也是个问题。通常,闪存系统的速度越快,它的价格就越贵。 闪存价格正在下降,某些阵列厂商声称他们的纯闪存阵列比混合阵列还要便宜。然而并非所有的闪存都是一样的,使用消费级闪存的纯闪存阵列的速度可能会比混合阵列的速度更慢。 无论如何,IT部门都必须把服务水准的要求放在成本之前考虑。

  需要增强存储处理能力的关键应用还需要购买服务器一侧的闪存和纯闪存阵列,但是IT部门可能无法购买足够多的闪存去储存数据库、OLTP、SharePoint、Exchange以及虚拟服务器和桌面等应用产生的海量数据。

  还有很多关键应用对速度的需求超过了基于传统硬盘的阵列能够提供的速度,但是也并不一定需要用到价格昂贵的纯闪存阵列。这也就是混合闪存阵列存在的理由。 而且,即便是混合闪存阵列也会提高存储环境的成本和复杂性。

  这值得吗? 答案是:那要看情况而定。

  问题1:应用性能是否受到了存储IO瓶颈的影响?

  如果答案是否定的,那就尽可能继续使用基于传统硬盘的阵列吧。 但是如果应用性能开始下降,那就要考虑使用闪存存储技术了,包括:服务器一侧的闪存高速缓存、虚拟化HBAs、纯闪存阵列或混合阵列等。

  问题2:除了性能需求之外,你还面临着很高的存储容量需求吗?

  服务器一侧的闪存和纯闪存阵列的最佳应用环境是对IO和延时有着很高要求的业务关键应用,那些业务关键应用的数据需要在很长的时间里保持活跃,而且无需与其他的应用程序共享存储资源。有些应用对IO处理能力的要求比传统硬盘阵列能够提供的IO处理能力更高,同时它们又会产生大量的数据,在这种情况下,它们最好是使用混合阵列。

  问题3:传统的阵列是否已经老化过时,是否需要技术升级?

  如果你打算更换现有的存储阵列,那就请想办法在环境中增加更多的闪存。在很多情况下,虽然价格会比较高,但是却是很值得那么做的,因为那样可以提高性能、降低延时并提供更多的存储容量。

  混合阵列厂商

  如果要说起混合阵列厂商,你可能会有乱花渐欲迷人眼的感觉。在购买之前先想好你需要什么,这很重要。很多混合阵列厂商同时也提供价格更昂贵的纯闪存阵列,厂商们的销售代表肯定更愿意向你推销纯闪存阵列。 如果你需要的只是低延时、高IOPS性能和高存储容量的话,那就别听他们推销纯闪存阵列了。

  IBM、惠普和EMC都推出了混合闪存阵列产品。IBM的XIV Storage System提供了一个混合阵列的模型,IBM SAN Volume Controller(SVC)集中管理其闪存设备。 EMC在其VMAX、VNX/VNXe和Isilon品牌下提供了纯闪存和混合闪存阵列产品。EMC的重要宣传语是,它的客户可以轻松实现从混合硬盘阵列到混合阵列再到纯闪存阵列的升级,如果它的客户想一直使用EMC的产品的话,那当然还是不错的。

  惠普在其3PAR品牌下提供了基于传统硬盘的阵列、混合阵列和纯闪存阵列。 NetApp的FAS 3250是一款闪存混合阵列,它服务的目标应用是对IOPS的要求超过15万并能够接受5毫秒以上延时性能的应用。

  甲骨文的ZFS Storage ZS 3是一款高性能混合阵列产品。它将闪存与DRAM整合在一起以实现较高的IOPS性能和低于1毫秒的读数据延时性能,但是甲骨文给它标出的价格比同等性能的纯闪存阵列要低得多。

  这个领域绝不是只有大牌存储厂商存在。Nexsan的NST 5000提供了闪存层,将高性能闪存高速缓存与DRAM整合在一起以实现基于高性能闪存的处理能力。 American Megatrends 3500i分为纯闪存或混合闪存两种配置。

  Tegile Zebi HA 2800为固态硬盘和传统硬盘提供了扩展槽,因此可以由纯闪存阵列转换成大容量混合阵列。Nimble的CS系列阵列使用了多级单元闪存高速缓存和成本经济的后台SATA硬盘。 Tintri提供了一款使用SATA传统硬盘的混合存储阵列,但它的目标市场却是能够将IO请求直接发给虚拟机的VMware虚拟化环境。

  有些PCIe闪存卡厂商也开始采取行动了。NexGen是闪存卡厂商Fusion-io推出的混合闪存服务器存储产品。 NexGen将PCIe闪存卡与服务器中的闪存内存和SAS硬盘结合在一起。Nutanix的NX系列产品能够将PCIe闪存卡与虚拟化环境下的闪存和英特尔处理器整合在一起。 3000系列产品利用SATA固态硬盘和传统硬盘增加了存储容量。

  混合闪存阵列可以在相对较低的成本条件下平衡性能和容量需求,因此适用于很多环境。现在,市面上可选择的混合闪存阵列产品众多,为企业用户提供了各种选择,以便他们能够挑选出最适合自己的性能和容量需求的产品。

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