磁盘阵列技术的新进展

随着近两年云计算概念被炒得热火朝天，存储也被戴了顶“云”帽子。不但EMC、HDS、IBM、NetApp这些存储巨头们带头摇旗呐喊,推出了各自的云存储解决方案，其他很多互联网公司、软件企业、电信设备供应商等大型企业也纷纷加入，推出自己的云战略。一时间，公有云、私有云等各种云产品、云方案，连篇累牍地刺激着观众的眼球。在这股“云”浪潮的推动下，涌现出一批具有独特商业模式的公司，如国内的金山推出了快盘服务，华为也宣布组建云计算产品线。国内一些在存储领域默默耕耘的技术型公司逐渐暂露头角，如中科蓝鲸的蓝鲸集群文件系统就赢得了同行的认可，获得了多个OEM订单，正在一步步从幕后走向前台。

然而，云存储一般作为存储服务而存在，而那些在底层支撑的传统的存储技术如磁盘、磁盘阵列技术也在悄然的进化中，不但继续服务于传统数据存储应用，瓜分仍在以两位数增长的外部存储市场，也为云计算和云存储提供了物质保证和最基础的支撑，本文将对此就做一个简单的介绍。

一、硬盘技术

自从1956年被IBM发明至今，传统的机械硬盘（又称温彻斯特硬盘、温盘）技术的发展从没有间断过——磁盘面密度不断加大、性能不断提高、体积不断缩小，但其结构上并没有发生本质的变化。但这种情况在SSD的出现后发生了转机。

SSD，又称为固态硬盘。由于没有了传统硬盘的机械读写装置，固态硬盘的随机读写性能大幅度改善，一块普通SSD的小粒度IOPS可以轻松达到上万，对比机械硬盘的几乎是成数量级的提升，一块磁盘的IOPS甚至可达到过去一个磁盘阵列的，在大量读操作的场景下SSD磁盘体现得更为明显。SSD磁盘和传统HDD磁盘相比还具有性能、环保、防振等优势。

但SSD也有它的问题，和机械硬盘相比其故障模型上存在很大的不同。机械硬盘故障有两种：一种是突然失效，这和使用时间有关，具有较大的时间离散性；另一种是出现坏扇区，也称坏块，这种故障具有时间和空间的双重局部性，而且和读写次数几乎不相关。而SSD的失效模型则根本不同，几乎只和写入的数据量相关。由于其存储单元的擦写寿命只有1万次（MLC）～10万次（SLC），SSD硬盘开发商们开发了如“磨损平衡”、“失效空间预留”等各种技术来尽可能延长SSD的使用寿命，虽然效果很明显，但仍然无法避免理论上的失效问题，尤其是采用多块相同型号SSD硬盘组成的磁盘阵列在写入一定量的数据后会存在固态盘集体失效的风险，这一点对于很多关键应用来讲是致命的。

二、存储接口技术

IDE接口和SCSI接口分别诞生于1986年和1987年，分别定位于桌面和服务器市场，在SATA接口和SAS接口出现之前各自统治桌面和服务器硬盘市场20年。1997年出现的光纤通道（Fibre Channel，FC）技术则第一次把存储推上了一个新的高度，存储系统成为独立的系统而不再是服务器系统的“附件”。

FC一面世便带着其贵族般的特征：双端口硬盘支持高可用，串行通讯接口支持数据包交换，光纤传输提供高带宽传输，并支持磁盘热插拔、连接设备数量大、远程连接且连接可靠等先进功能，一经推出便牢牢占据了高端磁盘阵列的市场。曾经广泛应用于中、高端磁盘阵列当中，但这种情况在SAS接口出现后逐渐发生了转变。

SAS接口规范具备FC规范的双端口、串行数据通讯、多设备支持等优秀特性，迅速获得了广泛采用，发展非常迅速，接口速度方面迅速进化到6Gbps，已经超过其前辈FC的4Gb，并且很快向下一代12Gbps迈进。值得注意的是，似乎硬盘厂商已经逐渐放弃了FC接口磁盘的升级，尽管市场上8Gb的FC接口的磁盘阵列已经大面积普及，但其内部FC磁盘接口的速度仍然停留在4Gbps，并没有跟随新的标准进步，各硬盘厂商更没有明确的路线图。

一般来讲，目前大于等于10000转以上的磁盘多采用6Gb SAS（Serial Attached SCSI）或4Gb FC（Fibre Channel）接口。低于10000转的磁盘一般采用SATA接口。而最近出现的一个新接口磁盘——NL-SAS，NL-SAS是在原有的企业级SATA硬盘的盘体上装备了标准的SAS接口，使其不但具备了SAS硬盘的所有功能，提高了磁盘阵列的可靠性，而且容量更大，功耗也更低，适用于在一个此盘阵列系统中实现分级存储，并简化了磁盘阵列系统的设计。

一般来讲，从性能角度来区分，SSD由于其革命性的技术提供了最优的性能，而FC和SAS硬盘拥有同样高的旋转速度也有不错的性能表现，NL-SAS盘和SATA盘则为了兼顾成本、容量和功耗等因素在性能方面做了较大的妥协。

在磁盘接口方面，由于技术更新较快，新一代的SAS甚至SATA都可以提供6Gb/s的带宽，而FC仍固守4Gb/s，已经感到明显落后。而磁盘阵列的外部接口则仍然以FC为主，虽然SAS接口的高性能令人瞩目，但其外部电缆最大长度只能达到8米远，无法进行远距离传输，也就无法满足异地容灾的需求，在中高端此盘阵列当中很少被采用。另外新近流行起来的两个接口都是基于以太网为载体的，一个是iSCSI接口，另一个是FCoE，两者各有优缺点。一般认为，FCoE比较适合于已经有了FC基础设施和对任务关键型有要求的场合，更加符合FC当前所处的生态环境中；而iSCSI则适用于对性能不敏感的应用，更像是网络环境中的一个分子。

从长远来讲，SSD磁盘乃是大势所趋，各家存储系统供应商也都有固态磁盘阵列提供，在一些对随机性能要求苛刻的应用当中的确发挥得很出色。但就目前来说基于SSD的磁盘阵列仍然处于起步阶段，并没有经过长时间的实际应用的考验，对于那些对业务连续性要求远高于性能要求的业务，在磁盘阵列中使用SSD硬盘还须多分谨慎。