固态硬盘:改善性能节约成本两全齐美

张 磊

即使IT规划者无法直接找到高性能和高利润之间的平衡点,要判断是否应该购买固态硬盘也有简单的方法,那就是看重建后端存储系统后,能否显著节约成本并改善性能。

为应对全球金融风暴,企业不得不大幅压缩IT预算,缩减数据中心面积,降低电力消耗,节约管理开支。IT规划人员发现,除了上述方法以外,还有一些简单而省钱的创新产品,不仅能够显著地改善性能,而且没有什么风险,这就是固态硬盘(SSD)。

保障性能是关键

多年以来,机械式的硬盘驱动器占据了存储介质的主流。企业无论是选择内置的、直连的还是基于网络的存储设备,其架构都是一样的,即在前端放置某种缓存或硅片内存(可能内置在服务器、硬盘控制器或存储阵列上),在后端提供大型的机械式硬盘存储池。这种架构的指导思想是把实时数据尽可能长久地保存在缓存中,从而避免因等待硬盘I/O而造成的程序响应延迟。

但是与后端庞大的存储空间相比,缓存实在是太小了。存储管理员和应用系统管理员不得不绞尽脑汁,经常对系统进行调优和配置,以确保最常用的数据能够保留在缓存中。如果实在有困难,也要让这些数据的访问速度尽可能快,比如把这些数据条带化到大量昂贵的高转速硬盘上。

应用系统管理员可以采用一些技术或方法克服缓存太小带来的应用难题。举例来说,用户可以配备由高转速光纤通道磁盘组成的大存储池,同时配备多台高性能服务器、运行多线程应用程序。

在对OLTP环境的后端存储系统进行调优时,一个最佳实践是把I/O配置到硬盘盘片的外圈磁道。这样,磁头臂就不必在速度最慢的内圈磁道上进行定位和读写。这种方法又被称为短行程。此方法的确可以提供更好的系统性能,但代价颇高。短行程硬盘会浪费硬盘50%～70%的容量。

有一种技术经常和短行程技术同时使用,即把大量数据条带化到多个硬盘驱动器上。该技术通过同时使用多个独立驱动器来缩减I/O的次数。但是,这种方法同样会增加成本。

此外,为了保证性能,人们会在系统中配备大量的高端多核服务器,通过应用程序的多线程来保持硬盘资源的高利用率。

其实,保障性能有一种更好的解决方法,就是完全抛弃旋转式硬盘,把所有数据都存储在硅片或者是固态硬盘上。

固态硬盘要注意匹配

将固态硬盘阵列和传统的二级存储系统配合在一起使用,是一种行之有效的方法。它的好处在于,既可以提供大容量的缓存,也可以利用中端硬盘驱动器物美价廉的优势。这种方法保证了系统的高性能和高效率,特别适合那些已经在一级存储上进行了投资的企业。采用固态硬盘/二级存储混合架构所能达到的性能,远远超过全部采用高端的一级存储系统的性能。

传统的存储厂商意识到了来自于固态硬盘市场的挑战,开始在自己现有的存储产品中增加闪存附件。这种闪存附件被用作集成多级存储的附加层。

从表面上看,采用上述方法是十分合理的。因为用户可能已经购买了该厂商的存储阵列,而继续向该存储厂商购买些固态硬盘是顺理成章的。实际上,这种通过改装传统存储阵列来使用固态硬盘的方式存在明显的缺点。

首先,传统的存储阵列是针对有限的缓存和大容量存储池(机械式的硬盘驱动器)设计的。因此,传统存储平台设计中内在的延迟就成为使用固态硬盘资源的性能瓶颈。即使在传统存储阵列中直接附加固态硬盘,系统的高性能也无法完全发挥出来。

其次,在传统磁盘阵列中直接附加固态硬盘,将造成可用空间和资源的减少。举例来说,一个或两个固态硬盘驱动器就有可能占用原来供12个传统硬盘驱动器共享的全部带宽,从而显著降低可用存储空间,并造成3/4机架空间的闲置。此外,固态硬盘的存储容量中只有一小部分可用于这种整合的存储构架。

为了能够充分利用固态硬盘的高性能,传统存储厂商不得不设计更小的新型机架,或者对整个存储系统进行重新设计,并针对固态硬盘进行优化。此时,用户面临的主要问题是高性能的固态硬盘和机械式硬盘驱动器之间难以有效匹配。用户必须做出选择:要么充分发挥固态硬盘的性能,但需要配合价格昂贵的高性能机械式硬盘驱动器;要么采用低性能的固态硬盘,使之可以配合价格适中的机械式硬盘驱动器。

固态硬盘保证高性能

纯粹的固态硬盘厂商可提供特制的存储阵列或设备,针对固态硬盘的I/O吞吐量进行优化。纯粹的固态硬盘系统避免了传统存储平台的架构局限,让最终用户可以获得期望的高性能。当然,如果固态硬盘厂商想在架构中支持机械式硬盘,也会遇到两者如何匹配的问题。固态硬盘厂商把注意力集中在为较小的数据集提供高性能访问,同时也支持传统的机械式硬盘驱动器。

固态硬盘阵列平均每机架单元的存储能力明显优于传统存储厂商的固态硬盘附件。固态硬盘阵列机架的密度可以达到传统存储系统机架的20倍。只要少量机架单元,固态硬盘系统就可以提供4TB的存储容量。如果在常用的标准机架上装满固态硬盘,存储量可达20TB。

并非所有的数据都值得存储在固态硬盘上,只有那些需要高性能访问的关键业务数据才应该存储在固态硬盘上。这些数据包括OLTP系统的应用数据、需要频繁访问的数据表和日志文件等。由于固态硬盘每GB的存储成本要高于传统硬盘,IT决策者必须考虑整个系统的投资回报。

用户通常会考虑每GB的存储成本。其实,每个I/O的成本也同样重要。对于那些需要庞大硬盘驱动器配置、短行程技术和多应用服务器的系统来说,常常需要使用一些非常昂贵的解决方案来保证性能。更为棘手的问题是,这些解决方案还要面临整合和环保等方面的问题。因为使用的硬盘越多,用户就需要更多的数据中心空间、更多的电力和制冷、更多的成本开销以及更高的管理开销等。

未来,随着低成本固态硬盘阵列的出现,企业的IT规划者可以更多地利用固态硬盘阵列来满足业务的需求,并且显著提升服务水平。