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二、存储加速技术
传统使用增加磁盘数量的方式无法满足较高的I/O需求,企业级闪存盘的出现改变了这种状况。
闪存盘也称固态硬盘(solid state drive,SSD),是新一代磁盘,将满足性能敏感型应用的需求,使用基于半导体的固态存储(闪存)存储数据。与传统机械磁盘相比,闪存盘没有移动部件,因此没有寻道时间和旋转延迟。此外,由于设备基于半导体,比机械磁盘更省电。闪存盘适合文件块较小、随机读取工作较多、要求响应时间持续保持较低水平的应用。需要快速处理大量数据或实时数据处理的应用在使用闪存盘后,性能大幅提高。企业级闪存盘的吞吐量是传统机械磁盘的30倍,响应时间不到机械磁盘的1/10。此外,每存储1TB数据,使用闪存盘与使用机械磁盘相比,最多可节省38%的电能,换成单个I/O消耗的电能,闪存盘比机械磁盘节省98%。
虽然单GB容量的成本更高,闪存盘仍然提供了更低的整体拥有成本。机构应用闪存盘后可减少达到应用性能需求所需的磁盘数量,节省了磁盘成本、电能、制冷成本,占用空间也更小,同时降低了存储管理的成本。
FAST Cache SSD是专门用来与FAST Cache一起使用的闪存驱动器(单层单元),又名SLC。FAST Cache SSD可最好地满足缓存所需的密集型读取/写入工作负载要求。FAST Cache SSD可提供大约27~30 WPD(持续5年的每天每单元写入次数)。
FAST VP SSD闪存驱动器(企业级多级单元)满足分层存储所需的适中读取/写入工作负载要求,市场定价较低,但不能与FAST Cache同用。FAST VP SSD可提供10WPD(持续5年的每天每单元写入次数),因此可实现更低的每GB定价。
目前基于Flash的SSD技术已逐渐成熟,价格不断下降。应用基于Flash技术的固态硬盘将以极少的设备数量获得上万IOPS处理能力和更低的磁盘响应延迟。因此机构可考虑使用此类技术替代部分现有数据应用存储场景。
为充分利用Flash记忆体高性能、高密度、低功耗等优势,NetApp推出了永久存储使用的SSD磁盘和基于Flash的控制器缓存设备。
应用FlashCache是为了突破随机读取性能和轴数之间的联系,使存储系统在提供更高级别性能的同时,减少对功耗、散热和空间的需求。FlashCache可使Microsoft ®Exchange、数据库应用、VMware ®、文件服务及Perforce等多种常用应用程序显著提速。
相对存储控制器中基于ECC内存芯片的一级缓存而言,FlashCache是在存储控制器层面实现的基于Flash芯片技术的二级缓存,用于存放从WAFL ®缓冲区高速缓存中退出的数据块。WAFL 是NetApp ®的任意位置写入文件布局,用于定义NetApp在磁盘上排列数据的方式。WAFL缓冲区高速缓存是系统内存中由WAFL维护的读取缓存。没有FlashCache的系统中每次尝试读取系统内存中不存在的数据时,将造成磁盘读取。配备Flash-Cache后存储系统在发出磁盘读取前,将检查请求的读取是否已缓存到其安装的任一模块内。Data ONTAP ®在系统内存中保留了一组缓存标记,无需访问模块也可确定是否有块驻留在FlashCache内。在命中缓存时只需进行一次DMA操作,因此可有效缩短访问延迟。
FlashCache可加快读取数据的速度,适合消息传送、基于文件的应用程序、OLTP应用、主目录等小规模的随机读取,如图2-2-1所示。
图2-2-1 FlashCache随机读取对比图
FlashCache由硬件和软件构成,与FlashCache硬件配合的软件称为FlexScale。Flexscale软件许可后方可启用硬件。FlashCache缓存硬件模块的长度是PCIe卡的3/4,模块为512GB/1TB/2TB等,将提供更大容量的缓存模块。
FlashCache具有强大的恢复能力,作为读缓存使用时可直接丢弃不可纠正的错误,利于磁盘读取。如果模块中的不可纠正错误率超过设定的阈值,模块将自动禁用且系统将恢复为未缓存操作,不中断服务或要求重启。一旦出现模块禁用,系统将显示错误消息并指出需换出的问题模块。以NetApp FAS系列缓存为例,如果启用了NetApp AutoSupport,系统将向NetApp传送消息,以便相关人员采取纠正措施。