固态硬盘:“零”的突破

价格过高、容量太小、应用范围有限,这让固态硬盘(SSD)在企业应用领域显得曲高和寡。SSD的应用突破口究竟在哪里呢?我国南极科学考察队选用SSD存储系统,中国移动辽宁分公司率先采用SSD技术……一次次应用的创新为SSD全面进入企业应用市场推开了一扇门。

■ 本报记者 郭涛

2009年6月3日,华为赛门铁克科技有限公司宣布,我国南极科学考察队选用了其专用SSD存储系统,标志着华为赛门铁克在专用存储设备领域零的突破。SSD存储系统不仅可以应用在南极科考这样的特殊应用领域,而且进入了电信这样的主流应用领域。2008年底,中国移动辽宁分公司(以下简称辽宁移动)成为EMC公司SSD存储系统在中国电信行业的首个用户。

SSD在诞生初期,大多用于军事、航空和高性能计算等领域,主要因为SSD具有高性能。随着技术不断成熟、价格逐渐降低,SSD的应用逐步扩展到公共安全、工业、电信等商业领域。近两年,戴尔、EMC、惠普、HDS、IBM、NetApp、华为赛门铁克等公司在高端或中端存储系统中引入SSD硬盘,在很大程度上加快了SSD存储系统进入企业应用市场的步伐。

零级存储显威力

经过严格的测试,我国南极科学考察队选择了华为赛门铁克的SSD存储系统。在南极昆仑站,华为赛门铁克SSD存储系统经受住了极地低温、高海拔、强辐射的考验,为重要科考数据提供了可信的存储空间。据科考队员介绍,以前科考队也使用过专业宽温磁盘设备,但是系统很不稳定,科考活动还没有结束,设备就出现了问题。

科考队在2009年1月中旬完成了华为赛门铁克SSD存储系统的调试安装,直到科考队返回中国,SSD存储系统运行正常,相关数据已发回研究室用于科研分析。

稳定可靠、性能高、节能环保,这都是SSD的优点。STORAGEsearch.com的一项调查显示,46%的企业用户对SSD表现出浓厚的兴趣。华为赛门铁克公司认为,高性能与低TCO(整体拥有成本)的特性使得SSD存储系统在企业高性能业务应用(比如企业数据库、邮件及流媒体等)中发挥着重要作用。

SSD存储系统主要有两种应用方式:一是作为全SSD存储系统,独立支撑存储应用;二是作为零级存储,在分级存储架构中发挥作用。

1.全SSD存储系统

全SSD存储系统就是全部由SSD硬盘组成的存储系统。

根据业务应用对性能的要求,用户可在原有IT架构中增加一台全SSD存储系统,将高性能服务器上的数据保存在全SSD存储系统中,以满足应用对高IOPS(每秒I/O操作次数)的要求。普通的业务数据仍然可以存储在传统的由机械式硬盘组成的存储阵列中。

全SSD存储系统充分满足了企业高性能业务应用对性能的需求。但是,采用全SSD存储系统,用户必须改变原有的IT架构,在某些情况下,并不能达到性价比的最优化。

2.零级存储

在SSD还没有大规模进入企业级存储领域之前,人们通常将在线磁盘阵列作为一级存储设备,将离线的磁带库作为二级存储设备。存储系统分级是信息生命周期管理的需要。随着时间的推移,信息在整个生命周期内的不同阶段体现出的价值不同,所处的存储位置也不同。经常被访问的关键业务数据存储在一级存储设备中,而需要长久保留的数据在经过一段时间后要从一级存储设备迁移到二级存储设备中,这不仅可以简化存储的管理,而且可以有效降低存储的整体拥有成本。

SSD被引入到企业级存储系统中后,存储系统的层级可以划分得更细,更能充分体现信息在不同生命周期阶段的价值。SSD硬盘作为零级存储层,可以存放需要频繁改动和读写的数据。存放在SSD硬盘上的数据的离散性强、随机度高,以并发随机读写为主,通常包括系统启动数据、数据库应用数据等。此外,顺序读写的大容量文件、图片、流媒体等数据也可以存储在SSD硬盘上。那些归档文件和不经常访问的数据可以存储在传统的硬盘中。

拥有磁盘阵列产品的厂商通常采用的方法是,把SSD硬盘加入到磁盘阵列中,构成SSD硬盘、传统硬盘混合的存储系统,SSD硬盘实际上成了传统硬盘的缓存。

零级存储不仅可以满足业务应用对高性能的需要,而且不必改变原有的IT架构,在高性能、低TCO和高可靠性之间寻找到了一个平衡点。因此,零级存储也是SSD目前最普遍的应用方式。

EMC的策略是,将SSD硬盘作为零级存储,传统的光纤磁盘作为一级存储,大容量、低功耗的SATA硬盘作为二级存储,三种存储介质可以同时配置在一个系统中,构成一个高效的分级存储体系。EMC认为,高性能的企业级SSD硬盘与大容量、低功耗的SATA硬盘构成了一个黄金组合,可以帮助客户改善存储系统的性能,降低系统的整体拥有成本。

为应用提速

由于SSD硬盘的加入,存储系统的响应速度变得更快,读写效率也更高。硬盘访问时间是由指令到达时间、寻道时间、命中时间和机械延迟组成的。传统硬盘的机械特性导致大部分时间被浪费在寻道、查找数据和机械延迟上,数据传输性能受到严重影响。SSD硬盘采用固态芯片作为存储介质,内部没有机械结构,因此没有数据查找时间、延迟时间和寻道时间,数据传输速度较传统硬盘有近100倍的提升。

传统硬盘在进行随机读写时,需要把磁头不断地移来移去,导致效率低下。现在最快的机械硬盘的磁头平均移动时间是5ms,也就是说1秒钟内磁头最多移动200次,即最多处理200个随机读写请求。SSD没有磁头,省去了机械操作的时间,只要计算数据存放在哪块Flash芯片的哪个位置,然后再对该位置进行读写即可。

目前,典型的SSD硬盘每秒最多可进行1.6万次随机读写,是传统硬盘的80倍。正是由于SSD具备响应时间短、读写效率高的特点,大多数用户才将SSD用于应用加速。

从2008年11月开始,辽宁移动的客户发现,详单查询的时间缩短了很多,刚刚结束的通话,立刻就能在互联网或辽宁移动的查询机上查到话费记录。辽宁移动是如何做到这一点的呢?

详单查询的瓶颈出在通话记录从交换机入库到CRM系统的过程中。在业务高峰时,话单产生的速度远大于入库的速度,从而造成话单积压。在话单入库时,对数据库索引的读写操作请求非常频繁,而原有的光纤存储系统不能及时处理这些请求。辽宁移动采用15000转/分钟的光纤磁盘,并将数据库索引尽可能分散存储到多块磁盘上,以减轻单块磁盘的压力,同时还加大了高速缓存的容量,但是这些方法对提升系统性能的效果并不明显。

2008年1月,EMC在高端存储系统Symmetrix DMX-4中引入了SSD技术。从那时起,辽宁移动也开始关注SSD。辽宁移动业务支撑中心系统维护建设室主任王欣认为,基于闪存技术的SSD硬盘,读写机理是基于电子方式的,没有传统硬盘的机械装置,读写速度更快。

2008年11月的某一天,辽宁移动在拿到EMC提供的9块146GB的SSD硬盘后,只用一天时间就完成了所有SSD硬盘的配置工作。当天晚上,王欣便将详单入库的相关索引文件迁移到SSD硬盘上。测试结果表明,使用SSD硬盘后,系统的读写速度提高3～4倍,吞吐量提高10倍左右。

时至今日,辽宁移动使用SSD硬盘已经有半年多。SSD硬盘的性能稳定可靠,没有出现任何异常。王欣认为:“SSD技术在电信行业有很大的发展空间。用户只要使用少量的SSD硬盘,就可以解决业务系统内部热点数据造成的性能瓶颈问题。”据记者了解,除辽宁移动外,另有多个省市的移动分公司也为其EMC Symmetrix DMX-4系统增配了SSD硬盘。

图左为传统的机械式硬盘,图右为SSD硬盘

LAN

服务器

SSD阵列采取直连的连接方式

服务器

FC或SCSI

FC或SCSI

SSD阵列

磁盘阵列

LAN

SSD阵列接入存储区域网(SAN)

服务器

服务器

光纤交换机

SSD阵列

磁盘阵列