在數據中心利用混合存儲

　　隨著當前數據中心容量需求的不斷增長，迫使存儲環(huán)境必須充分利用旋轉式磁盤和閃存技術的優(yōu)勢。

　　數十年來，企業(yè)數據中心的管理人員們都面臨著必須不斷的努力，以便有效地存儲和檢索他們管理的設施所收集、創(chuàng)建的大量信息，進而更好的服務于用戶的挑戰(zhàn)。能夠以快速且最具成本效益的方式存儲和檢索數據是成功的數據中心運營的關鍵。但是，隨著企業(yè)組織所存儲和檢索的數據量以指數級的速率不斷增長，這方面的挑戰(zhàn)變得更加的棘手。

　　傳統(tǒng)上，IT企業(yè)往往是通過簡單地根據需要添置服務器、存儲和網絡資源來處理越來越多的數據。然而，鑒于企業(yè)當前的所收集的數據量正在以每年40%至60%的速率瘋狂增長，其管理壓力越來越大，同時也更為復雜。雖然曾經的太字節(jié)(TB: Terabyte)是這一行的管理規(guī)則，而且現在的拍字節(jié)(PB: Petabyte)的數據似乎超出了人們的理解力，但是我們當下正處在一個哪怕任何一個小角落的環(huán)境都可能存在艾字節(jié)(EB: Exabyte)數據的時代。

　　好消息是，傳統(tǒng)的旋轉硬盤驅動器技術和固態(tài)存儲(通常稱為閃存存儲)的改進——且如果在正確部署的情況下，就有助于大大緩解上文所述的其中一些問題。

　　這兩種存儲方法以各種方式相互補充。因此，許多企業(yè)的數據中心紛紛都在積極的部署這兩種存儲方法，以創(chuàng)建混合的存儲環(huán)境。硬盤驅動器提供了大量的存儲能力，但較之閃存存儲，其傳輸數據的速度則要慢得多。固態(tài)存儲提供了一流的性能，以及卓越的能源效率，但這往往是以高昂的成本為代價的。

　　故而企業(yè)數據中心存儲管理員的關鍵工作便是要恰當的部署每種類型的存儲技術，以盡量實現每種類型的存儲技術的最佳運行。而存儲領域的最新改進，再加上數據傳輸技術的變化，可以使得當下企業(yè)數據中心的運行效率比以往任何時候都更高。

　　來自StorageIO公司的高級咨詢顧問分析師雷格·舒爾茨(Greg Schulz)表示說：“在數據中心，幾乎所有方方面面的共同的主題便是混合存儲。”他已經在多個行業(yè)從事存儲技術的研究有十多年了。 “正是數據中心業(yè)界當下所運行的這類技術，使得數據中心具備了靈活性、適應性和可擴展性。”

　　根據舒爾茨的介紹，傳統(tǒng)硬盤技術和閃存技術的進步正在創(chuàng)造出一些非常靈活和強大的混合存儲模型。

　　硬盤技術的進步

　　傳統(tǒng)的硬盤驅動器的歷史幾乎和計算機本身的歷史一樣長，但技術仍然在不斷的發(fā)展。舒爾茨表示說：“我們看到：硬盤驅動器的整體容量有所增加，這降低了每個容量的成本，同時帶來了存儲更大數據量的能力。”

　　在過去，通過簡單地增加驅動器的旋轉速度——以每分鐘的轉數(rpm)來測量——以達到傳統(tǒng)的磁盤性能的提升。硬盤是以較低的rpms開始的，并逐步增加到了7200轉/分、10000轉/分甚至15000轉/分。

　　但是，基于旋轉速度的增益已經停止了。并且，由于驅動器的物理組成的因素，也可能不會變得更高了。任何超過15,000 rpm的速度都會導致驅動器內的膠面因自己分開而出現故障失敗。然而，這在性能方面可能不再重要。

　　事實上，硬盤驅動器技術與旋轉速度一起實現最大化的神話根本不是真的，即使它們以15,000 rpm的速度推出。“旋轉速度并不完全相同等同于性能，” 舒爾茨說。 “固件、優(yōu)化、高速緩存和程序邏輯也有進步，這些都可以讓數據的讀取比之前更好。今天所使用的這些先進的典型的10,000 rpm驅動速度比幾年前的15K旋轉驅動器快三倍。”

　　一家主要制造各種基于磁盤的技術的存儲供應商Idealstor公司的首席技術官Nandan Arora表示說：“旋轉驅動器不會很快就消失，因為數據量越來越大，而且企業(yè)組織有能力處理這些數據信息。旋轉驅動器較之閃存的三大優(yōu)勢是成本、容量和長時間強力使用的能力——基本上是在于其強大的可靠性。”

　　磁盤驅動器技術中最有意思的進步之一是將閃存添加到各種大小的旋轉驅動器中。驅動器中的閃存組件可用于緩存和存儲優(yōu)化，而旋轉磁盤可以處理存儲。

　　超級參數限制障礙

　　數據中心管理人員們可能傾向于關注旋轉磁盤存儲性能的限制，但有些專家認為，我們還遠未達到目前技術的界限。事實上，超級參數限制屏障這一硬盤驅動器的理論最大性能水平已經被設置和超過了很多次了。

　　StorageIO公司的高級咨詢分析師格雷格·舒爾茨表示：“超級參數限制障礙就像一堵墻，傳統(tǒng)的存儲被認為應該繞不過去。我們曾經認為其應該在1990年代達到其限制，但在過去25年里，多次越過了這一限制。 例如，如果諸如轉向垂直記錄等新的記錄方法和材料沒有被開發(fā)出來，我們早在多年前就已經碰壁達到其限制了。”

　　而關于超級參數障礙限制的討論開始再次出現，究其原因是因為每分鐘的轉速已經達到15,000轉，因此如果沒有在結構變得不穩(wěn)定的情況下，傳統(tǒng)磁盤的轉速不會變得更快。因此，不再需要基于提高旋轉速度的性能提升了。但舒爾茨說，其他技術仍然可以很容易地彌補這一局限性。

　　舒爾茨表示說：“硬盤技術正在改進，新的技術提供了更大的塊規(guī)模大小，更大的緩存和優(yōu)化，以及諸如疊瓦式磁記錄(Shingled Magnetic Recording, SMR)技術的增強。 “今天，較之幾年前的旋轉速度較慢的硬盤的性能卻要更優(yōu)。很快，就會變得在任何時候都已經沒有了打破壁壘的危險了。”

　　上圖：您企業(yè)當前是否在使用固態(tài)存儲?

　　閃存技術的大熱

　　閃存存儲正在迅速發(fā)展，企業(yè)客戶的存儲策略也在隨之發(fā)生變化。近年來，閃電的容量急劇增加，推動了該技術從諸如筆記本電腦等小規(guī)模的部署轉變?yōu)橹髁髌髽I(yè)運營環(huán)境和數據中心的部署。閃存驅動器，具有高達16 TB的存儲容量，在今天已經變得普遍可用，而且未來還會有更大的應用前景。

　　隨著容量能力的增長，閃存變得越來越可靠。由于諸如三階儲存單元(Triple-Level Cell，TLC)和3D NAND存儲器等技術的發(fā)展，其所占用的空間還變得更小。TLC使用每個單元的多個電平以允許使用相同數量的晶體管存儲更多信息，從而增加總體容量。通過采用由英特爾和美光共同開發(fā)的3D NAND技術，數據層以非常精確的精度垂直堆疊在閃存存儲單元上，創(chuàng)造出比其他數據堆疊技術更大容量的存儲設備。其在提供這種能力的同時，占用比其他存儲技術少得多的空間和更少的功率。

　　新的技術還通過使用浮動門使得閃存更加可靠，使得驅動器更均勻地磨損。舒爾茨說：“人們認為閃存沒有移動部件。但是，有一些門在微米級移動，它們會隨著時間的推移而磨損。”

　　盡管供應廠商在閃存技術方面取得了進步，但其在容量方面仍然落后于傳統(tǒng)的存儲，這一點使得企業(yè)數據中心完全使用閃存存儲變得成本代價昂貴且效率低下。 “如果您企業(yè)可以在數據中心部署全閃存，那么一切問題都迎刃而解了，但是，這樣做的前提是你企業(yè)最好有一個強大的資金預算。” 舒爾茨表示說： “相比之下，在恰當的地方部署了一點閃存可以走更長的路。”

　　Idealstor公司正在將混合模式投入生產，并發(fā)布了其全新的超融合系統(tǒng)，這是一種混合存儲陣列，也可以融入虛擬化和軟件定義存儲，為中小企業(yè)市場服務。該公司相信，該系統(tǒng)的性能優(yōu)勢也有助于其進軍企業(yè)數據中心。

　　“超融合系統(tǒng)同時使用閃存和旋轉盤都能獲得很好的性能表現和經濟效益，這對于那些希望打造其私有云的企業(yè)組織來說是完美的解決方案。”Arora說。 “寫入過程一般較慢，所以我們把所有東西都寫入手閃存，然后系統(tǒng)將其移動到旋轉盤上的長期存儲。”

　　遷移數據

　　除了存儲介質本身之外，數據中心還必須應對將數據從各種驅動器快速傳輸到所需求的用戶的問題。許多數據中心最初集中在光纖通道上進行這些連接，但其他技術，如InfiniBand架構和快速以太網中還正在部署中。

　　光纖通道最初提供每秒2吉比特的數據傳輸速率，其速度已經提高到16Gbps，而在未來幾年，32Gbps的光纖通道可能會變得更加普遍。然而，大多數InfiniBand架構都是始于40Gbps的速度，以太網的規(guī)格從10到100Gbps不等。

　　適配器確實存在以幫助將光纖通道與更快的架構相結合，但是大多數專家認為，網絡最終將切換到具有更高的最高速度并且通常與現代設備更加兼容的以太網或者InfiniBand架構中。舒爾茨說：“我認為，在接下來的十年左右，我們仍然會看到很多光纖通道，盡管它將被越來越少地使用。許多數據中心的規(guī)模是如此之大，因此改變成別的選項會是一項浩大的工程，他們只能在五到十年的時間里做一些事情。”

　　存儲的未來

　　許多專家認為，混合存儲模式至少可能在未來十年繼續(xù)保持流行。除了發(fā)布一些新的存儲技術外，混合存儲將在可預見的未來繼續(xù)大行其道。

　　已經發(fā)生的一個重大變化是許多企業(yè)的數據中心正在部署基于云的存儲。但即使是這樣，也可能只是混合存儲的另一個機會，因為很多云存儲也在變得混合。

　　思科系統(tǒng)云計算和虛擬化業(yè)務部高級副總裁兼總經理Gee Rittenhouse表示說：“混合云將變得非常重要，因為企業(yè)可以借此來保護私有數據，然后還能享有公共云服務的可擴展性。這將確?；旌显茖⒗^續(xù)與分布式公共云一起增長，這也將推動其自身的不斷擴大和擴展。”

　　無論云服務或應用程序的類型是怎樣的，混合存儲解決方案和產品將在未來幾年內繼續(xù)提供靈活性和經濟性的平衡來支持它們。

　　IOPS和可擴展性在混合云中的結合

　　數據中心良好的混合存儲系統(tǒng)的秘訣就在于傳統(tǒng)的旋轉磁盤和閃存驅動器在其最佳的性能狀態(tài)下實現有效的使用。閃存驅動器最適用于提供每秒大量的輸入輸出操作(IOPS)，而傳統(tǒng)的驅動器可以橫向擴展，提供幾乎無限的容量。

　　一款驅動器的IOPS等同于在用戶查詢被延遲，以等待其前面的信息被清除之前，每秒可以訪問信息的次數。最快的旋轉磁盤驅動器可以提供180到200的IOPS。與典型的可以提供從3,000到3,500的 IOPS的閃存驅動器相比，傳統(tǒng)的磁盤跟不上。但是在混合系統(tǒng)中，它們不需要。 相反，閃存處理寫請求，這通常涉及較慢的進程。 混合系統(tǒng)將數據存儲在閃存中，然后最終將其移動到傳統(tǒng)驅動器，而較慢的驅動器可以經濟有效地提供大量數據中心的存儲需求。

　　傳統(tǒng)的驅動器通常為讀請求提供有效的性能，這需要更少的時間?；旌显O備這樣的設計使得兩種存儲類型可以無縫協同工作，進而可以使得這兩種存儲類型均能夠達到最佳的效果。

　　一家專注于存儲問題的咨詢公司Taneja集團的創(chuàng)始人兼咨詢分析師Arun Taneja表示說：“當一款混合系統(tǒng)從零開始，建成使用閃存并實現最佳工作效果時，通常在總容量的10%左右，效果非常的好。采用這種方式，幾乎可以解決任何問題。”