【IT168 技术】其实，固态硬盘是一种很模糊的说法。因为硬盘从概念上就是一种圆圆的，扁扁的东西，而固态存储其实就是指内存芯片。这看似只是语义上的差别，不过在架构一个数据存储架构时，却是需要关注的非常重要的一点：固态存储，抑或称为快闪内存或缓存，更加具备内存，尤其是缓存的特性，而非磁盘的特性。虽然固态硬盘通常都部署在SAN存储中，并作为整体存储池的一部分提供给上层主机，不过他们更像是大规模缓存的集合体。这在固态存储解决方案的设计规划中非常重要，必须牢记。

　　固态硬盘芯片技术

　　今天市场上主要有三种固态硬盘技术，单阶存储单元(SLC)、多阶存储单元(MLC)和企业级多阶存储单元(eMLC)。这貌似是“过于细节的内容”，不过就像硬盘技术那样，理解不同的固态硬盘技术可以帮助你进行正确的部署。

　　MLC是目前主流的消费级固态硬盘存储，相反，绝大多数企业级产品采用SLC技术。采用MLC技术的单GB成本更低，不过其使用有效期亦会减少很多。每个SLC内存单元可以保证约10万次的写操作，不过每个MLC的单元只能进行3千~1万次的写操作。单元故障是造成固态硬盘性能下降的主要因素，逐渐使得固态驱动器变得无法使用。很显然，对于一定的写操作负载，MLC设备的性能和容量只有SLC的十分之一。因此有必要向供应商咨询其产品的使用有效期并将该因素计入成本考量。某种产品的价格只有其它产品的一半，这看似诱人，不过假设它的使用有效期只有其它高价产品的几分之一，那还是很不合算的。

　　企业级MLC(eMLC)是目前行业内兴起的技术。其预估使用有效期为2万次到3万次写入，eMLC在SLC和MLC的价格和使用周期之前寻求一种平衡。Nimbus数据系统公司完全致力于eMLC技术，并在其他供应商仍采用SLC时就将eMLC应用在所有的数据存储产品中。为避免写相关的使用周期和降级问题，Nimbus控制其软件配有“损耗水平测量”功能，并将写数据块排列成闪存单元。Nimbus同时提供为期五年的售后服务以确保产品使用时间。

　　服务器内部的固态硬盘

　　另一项新兴的技术趋势是在主机端使用固态硬盘。通过PCIe卡直接插入主机内部。Fusion-io公司、LSI公司、Texas内存系统公司以及Viking Modular解决方案公司都致力于提供PCIe的固态硬盘产品。虽然和存储的提供方式类似，基于主机的解决方案中，固态硬盘更像是高速缓存存储。这种在SAN之前的架构方式很好地避免了读操作时的网络延迟，使用自动化存储分层技术(AST)亦可实现数据的预先准备，不过这也受到不同阵列供应商而已。而相反地，主机端的固态硬盘技术受限于主机故障，因此存储管理员需要确认其PCIe固态存储有合适的数据保护技术，比如RAID、镜像或集群。

　　EMC公司也正计划加入该市场，并发布了其计划中的“闪电计划”，这将是其第一款基于PCIe主机端的存储产品(计划于2011年底上市)。该产品完全支持EMC的全自动化存储分层(FAST)软件，因此可以和EMC的SAN存储阵列无缝连接。该产品基于SLC技术来最大化产品的生命周期，并确保其性能和稳定性。

　　软件是影响性能和使用有效期的关键

　　绝大多数固态存储供应商都认为软件是影响存储设备的性能关键。LSI提供的MegaRAIDC CacheCade2.0软件通过管理特殊数据块的写入，针对读写进行优化。CacheCade补全了用于固态硬盘或阵列的MegaRAID 固态硬盘控制器卡。

　　与之相似，HP公司在其3PAR阵列中，通过数据位置算法来优化固态硬盘的性能。HP声称该优化算法可以避免其他厂商产品可能出现的渐进式性能下降。而其它供应商，比如Avere系统公司和NetApp公司使用非易失性随机访问存储器(NVRAM)来作为缓存管理写操作，所有这些都通过其专有的软件定位合适的写入路径来实现。

　　IO Turbine公司最近为Fusion-io所并购，其开发的Accelio软件允许SSD提供给VMware的虚拟机使用。虚拟机可以使用Accelio来共享SSD或其它闪存存储。Accelio实际上可以和SSD或闪存产品配合使用，并支持VMware vMotion功能。

　　固态存储应用案例：

　　固态存储应用场景

　　数据库性能增强。绝大多数存储管理员都会认识到SSD所提供的极其快速的读操作，这使得SSD成为数据库环境和对读性能敏感的应用程序的理想选择。在这种场景中，数据库目录通常加载到SSD或固态存储上，实现快速的检索功能，并在实际硬盘驱动器上交换数据。不过，随着单块固态硬盘驱动器容量的提升和价格的下降，一些企业将整个数据库加载到SSD上，从而显著地提升整个数据库的性能。

　　Jackson Rancheria俱乐部酒店位于加利福尼亚州的杰克逊市，其在Dell Equallogic磁盘阵列、Fusion-io的PCIe固态存储和IO Turbine的Accelio软件组合上测试数据库性能。(Jackson Rancheria同时也是Accelio的测试站点)该俱乐部拥有一个300GB的微软SQL服务器数据库支持其赌场运作，应用程序对读操作有很高要求。大约80%的服务器使用VMware ESX进行虚拟化。

　　Shane Liptrap是Jackson Rancheria俱乐部酒店的资深系统工程师，其汇报了该测试所达到的卓越效果。“Accelio软件的初步安装仅占用了约1小时时间，创建VMware资源池也差不多，”他说，“我们看到性能上的极大改善。使用Accelio和150GB的Fusion-io SSD，我们的读操作延迟降低了60%。而在使用320GB的Fusion-io闪存卡时，其降低了90%。”该配置同时降低了SAN的负载，除了更好的响应时间，Liptrap还希望有更佳的可靠性和故障切换能力，因为该配置会迁移到生产环境中。

　　缓存分层。诸多供应商正将固态存储增加到其磁盘阵列中，作为“缓存级的存储层”。虽然有时也会被称为第0层存储，直接存储层和缓存直接的界限越来越不清晰。NetApp更是采用这种方式，应用数据重复删除技术，将数据存放到闪存上。NetApp宣称重复数据删除可以改善容量利用率达90%。闪存中的虚拟机镜像的压缩率可以改善到1/3或1/4。增加重数据复删除技术直接提高了配置中闪存的成本效益。

　　HP的3PAR阵列采用自适应性优化技术无缝地整合了阵列中SSD和光纤磁盘层。Datapipe公司是新泽西州泽西岛的一家托管服务供应商，其使用3PAR阵列来处理用户的不同需求。Datapipe提供SSD作为增值服务选项给到需要更高I/O性能的用户。“SSD并不便宜，因此你必须要能获得最大回报，”Datapipe存储管理员总监Sanford Coker表示。在可能的前提下，他推荐基于主机的闪存。在许多应用案例中，Coker会为数据库应用部署SSD，覆盖很多行业，从金融、制药行业，到新媒体和云。当有高I/O要求保障时，SSD是不可或缺的产品。

　　Dataram公司是一家有着44年历史的随机存储产品公司，亦是推广缓存级别的公司之一，其产品为XcelaSAN设备。核心使用场景是将该缓存层额外的I/O处理能力添加到现有配置中。通过增加少部分的SSD，Dataram相信用户可以避免更加昂贵的第一层存储或第二层存储的升级。此外，Dataram声称产品可以为廉价的SSD和SATA驱动器组合提供光纤存储一样的高I/O和性能。

　　启动峰值问题。部署虚拟桌面基础架构(VDI)通常会采用网络架构存储。不过VDI在用户系统启动的高峰时刻会引发“启动峰值问题”，并且该应用是完全的读取操作，SSD极高的I/O性能是其理想选择。而在NetApp，其更采用重复删除来降低该技术的成本。

　　本地数据和混合云。固态硬盘技术同时可以用来将数据放置在更接近用户的地方，来降低由于距离产生的数据访问延迟。在绝大多数的配置中使用SSD设备而非PCIe卡或另一层存储层。Avere 系统的FXT系列SSD阵列采用按需驱动的存储体系结构，就是这样一种部署方式。FXT阵列可以使用在集中化的数据中心配置、私有云或混合云中。同时，这些阵列可以配置集群来提供高可用性，并和Avere的分层文件系统来确保数据一致性。

　　自动化分层软件可以自动化地在各存储层之间迁移数据，即便是在广域网内，因此当数据有频繁的访问要求时，数据就会被放置在本地。

　　有一种非常适合的应用就是在线点播的数据流。Datapipe为其部分用户提供此类应用。“并不是感觉适合使用SSD，”Coker说，“当有新的影片上市时，影片的点击量会变得很大。通过将这些影片调配到固态存储层，我们可以在短时间内处理大量的数据请求，从而提高用户体验。”

　　全固态硬盘存储。当考虑到成本因素时，并不会有很多人考虑全固态硬盘的架构。Nimbus数据系统希望改变这一观念。Nimbus设计了其自有的eMLC闪存存储单元，并且就像上面所提到了，提供五年的保修服务。不过要充分发挥固态硬盘较之传统磁盘阵列的优势，你还需要有配套的平台支持软件。Nimbus的产品线包括存储操作系统、RAID、重复数据删除、快照、自动精简配置、复制和镜像。Nimbus声称较之于同等的15,000转硬盘驱动器系统，其系统可以降低80%的能耗，制冷和机架空间。全固态硬盘存储基础架构或许不能完全替换大容量的近线或归档存储，但其对于高I/O需求的应用，仍是非常理想的选择。

　　硬盘驱动器的一席之地

　　硬盘驱动器技术，在过去的数年中出现了重大进展，继续保持每GB成本的逐步降低。在成本曲线逐步下降的同时，硬盘驱动器I/O吞吐量在同期并没有服务器和网络那样快速增长。随着数据访问持续增长，应用程序逐步受限于I/O这一瓶颈。在一些情况下，存储经理必须浪费额外的容量来提供高I/O吞吐，以满足应用程序的需求。这样戏剧性地改变了硬盘原本具备的高性价比优势。

　　不过，固态硬盘也不是完美的。“固态硬盘提供了许多优势，不过其也非功能较多，”Datapipe的Coker建议道，“好的系统架构设计是无法单纯用产品来替代的。用户应当能够和其存储供应商通力协作，实现非常好的的SSD和硬盘组合调优。更重要的是，我们已经发现随着时间流逝，SSD会变得越来越慢。你必须能够控制着点并进行重新的格式化操作，在某些情况下，甚至是将其替换。这比管理硬盘要困难许多。

　　固态存储，虽然在每GB成本上远高于普通硬盘，但在实际的单位I/O成本上是更为廉价的。IT经理在其成本分析中必须考虑到单位I/O这一因素。将此考虑到更低的功耗和制冷需求之中，随着应用程序的深化，总体拥有成本也是需要考虑的因素。IT经理必须明白SSD不会出现像硬盘那样的成本曲线。其从根本角度上讲仍是内存产品，并且因此只会跟随内存的成本曲线。随着eMLC这类高级技术的出现，固态硬盘可能会变得更加便宜，并在数据中心和云计算应用中有更多的部署。

　　固态硬盘定义：

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