高性能低能耗，浪潮信息集中式存儲(chǔ)全閃平臺(tái)揭秘

當(dāng)前，伴隨千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，由服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等組成的數(shù)據(jù)中心，作為支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，迎來(lái)高速發(fā)展。關(guān)于存儲(chǔ)，NAND全閃介質(zhì)的SSD固態(tài)硬盤(pán)因其高性能、高可靠、低能耗的特點(diǎn)，可滿足人們對(duì)更快速、更安全、更綠色的存儲(chǔ)需求，且隨著Flash顆粒單位容量成本不斷降低，SSD固態(tài)硬盤(pán)正在加速替代磁介質(zhì)的HDD機(jī)械硬盤(pán)成為市場(chǎng)主流存儲(chǔ)介質(zhì)。

(資料圖片僅供參考)

如何應(yīng)用好更強(qiáng)性能的SSD硬盤(pán)，卻并非易事

首先，在SSD硬盤(pán)高性能下，以往面向磁盤(pán)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的時(shí)延，在整體IO時(shí)延占比達(dá)到90%以上，存儲(chǔ)系統(tǒng)性能瓶頸已經(jīng)從后端硬盤(pán)轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)軟件棧，SSD硬盤(pán)的性能無(wú)法充分展現(xiàn)。其次，由于NAND Flash顆粒具有需要將數(shù)據(jù)先擦除后寫(xiě)入的特點(diǎn)，而NAND Flash顆粒的可擦寫(xiě)次數(shù)有限，導(dǎo)致SSD硬盤(pán)的壽命受其限制，且隨著NAND Flash顆粒容量密度的增加，擦寫(xiě)次數(shù)越來(lái)越少（如MLC和TLC介質(zhì)的可擦寫(xiě)次數(shù)相差約5倍）。另外，雖然Flash顆粒單位容量成本不斷降低，但SSD硬盤(pán)的容量成本仍然比HDD硬盤(pán)高。

如何充分發(fā)揮出SSD硬盤(pán)的性能優(yōu)勢(shì)、高效利用擦寫(xiě)次數(shù)以保證其壽命、降低單位有效容量的成本，與SSD硬盤(pán)相適應(yīng)的存儲(chǔ)全閃軟件棧成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵所在。浪潮信息面向閃存介質(zhì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的集中式存儲(chǔ)全閃棧，通過(guò)ROW追加寫(xiě)、全局垃圾回收算法、盤(pán)控協(xié)同等技術(shù)，釋放SSD介質(zhì)性能，創(chuàng)新加速存儲(chǔ)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。

性能和壽命兼得

ROW (Redirect on write)追加寫(xiě)

浪潮信息集中式存儲(chǔ)全閃棧采用ROW (Redirect on write)追加寫(xiě)的方式，每次寫(xiě)IO都重新分配空間，并將隨機(jī)小塊IO湊成大塊IO，達(dá)到滿足RAID滿條帶寫(xiě)的條件后落盤(pán)，這樣就避免了RAID寫(xiě)流程中的讀懲罰，并降低了寫(xiě)懲罰，即降低校驗(yàn)數(shù)據(jù)更新頻率，從而簡(jiǎn)化和縮短了數(shù)據(jù)寫(xiě)流程，提高了IO執(zhí)行效率，有利于數(shù)據(jù)寫(xiě)請(qǐng)求快速下發(fā)至SSD硬盤(pán)，發(fā)揮SSD的性能，縮短IO時(shí)延。同時(shí)也降低了寫(xiě)入SSD硬盤(pán)的總數(shù)據(jù)量和IO總數(shù)量，減少SSD硬盤(pán)的擦寫(xiě)次數(shù)，保證其壽命。

RAID滿條帶寫(xiě)的方式，也解決了RAID各盤(pán)上數(shù)據(jù)寫(xiě)入量和寫(xiě)入頻率不均衡導(dǎo)致的熱點(diǎn)問(wèn)題，從而避免熱點(diǎn)盤(pán)頻繁擦寫(xiě)甚至擦寫(xiě)次數(shù)快速耗盡，保證SSD硬盤(pán)的壽命；也避免熱點(diǎn)盤(pán)上IO壓力變大、IO時(shí)延變長(zhǎng)，成為性能的瓶頸盤(pán)風(fēng)險(xiǎn)，有利于存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能發(fā)揮。

ROW追加寫(xiě)

全局垃圾回收

ROW追加寫(xiě)產(chǎn)生的老數(shù)據(jù)（即垃圾數(shù)據(jù)）所占用的空間需要被回收用以保存新寫(xiě)的數(shù)據(jù)。對(duì)于不全是垃圾數(shù)據(jù)的空間，需要將其中的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，并修改對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)，這就意味著要盡量減少垃圾回收過(guò)程中搬遷的數(shù)據(jù)量。同時(shí)需要盡量搬遷較冷的數(shù)據(jù)（短時(shí)間內(nèi)成為垃圾數(shù)據(jù)概率低的數(shù)據(jù)），避免搬遷的數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)變?yōu)槔鴶?shù)據(jù)，提高遷移操作的價(jià)值。另外，相同冷熱程度的數(shù)據(jù)，較短時(shí)間間隔內(nèi)都發(fā)生更新從而變?yōu)槔鴶?shù)據(jù)的概率較大，相應(yīng)的保存這些數(shù)據(jù)的空間內(nèi)的無(wú)效率數(shù)據(jù)就會(huì)更多，意味著需要搬遷的數(shù)據(jù)更少，有利于垃圾回收高效的回收空間。

浪潮信息集中式存儲(chǔ)全閃棧采用創(chuàng)新的全局垃圾回收算法，全局實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已用單位空間中的無(wú)效數(shù)據(jù)含量、有效數(shù)據(jù)權(quán)重（冷熱程度等），全局查找無(wú)效數(shù)據(jù)更多、有效數(shù)據(jù)更冷的空間進(jìn)行回收，減少空間回收時(shí)的搬遷數(shù)據(jù)量，降低遷移數(shù)據(jù)短時(shí)間變?yōu)槔鴶?shù)據(jù)的概率。同時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)冷熱程度預(yù)判，將元數(shù)據(jù)、新寫(xiě)的數(shù)據(jù)和GC搬遷的數(shù)據(jù)區(qū)分存放，從而提高垃圾回收效率，降低對(duì)系統(tǒng)性能和SSD硬盤(pán)壽命的影響。

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