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华为RAID 2.0+ 为SSD优化而生

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从诞生之初,闪存就成为热点技术,如今经过市场的积淀,日渐走入寻常企业中,接受用户和应用的检验。

来源:ZD至顶网存储频道 2016年6月22日

关键字: 华为 SSD RAID

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从诞生之初,闪存就成为热点技术,如今经过市场的积淀,日渐走入寻常企业中,接受用户和应用的检验。

作为新一代主流存储介质,SSD(固态硬盘)具有读写速度快、随机访问性能高、轻便、抗震等显著的优点,也让尝鲜部署SSD的企业尝到了通过闪存加速的甜头。

正如一枚硬币有正反两面,SSD也并非完美无缺,比如SSD单位容量成本较高,受限于介质擦写次数而具有明显的写寿命限制,SSD在顺序随机读、大块顺序写入时具有最佳的性能,而在随机写入场景下性能较低。另外,在不同的操作模式下,SSD性能的发挥也具有明显的差异。相对于机械硬盘,虽然SSD的读写性能具有明显提升,但是并不意味着简单粗犷的使用,就能让SSD充分的发挥出最大性能水平。因此,围绕着如何有效降低SSD介质成本,提升使用寿命,发挥最大性能,业界各大供应商都开始施展浑身解数。

SSD应用的优化法则

要明确SSD的这些属性,必须先说一说颗粒磨损次数和OP(超供)空间两个重要概念,以及内部的垃圾回收。

不同的颗粒种类具有不同的磨损次数,比如SLC、MLC、TLC这些基于不同工艺的颗粒都具有不同的磨损次数限制,磨损次数越低的介质成本越低,超过颗粒磨损次数,SSD将不可写入,这个时候用户就必须更换新的SSD。

OP空间和垃圾回收是由SSD主流NAND FLASH颗粒特殊写入方式决定的,所谓OP空间,是用户不可操作的容量,因为颗粒容量的大小直接与成本相关,所以OP越多,SSD成本也就越高。

要提高介质的性价比或者想在同样成本下具有更长的使用寿命,往往需要阵列的使用来充分降低SSD的写放大,通俗的理解为SSD颗粒留出更多的写入次数,使同样的颗粒提供更多的可用容量和更长的使用寿命。

主要原因是阵列对SSD的使用不是简单的使用单个SSD,而是一次使用一批SSD,这样可以均衡的发挥各个SSD盘片的性能和寿命,从而实现阵列层面最高的介质性价比。

对于使用SSD的用户而言,最大的担心源于SSD颗粒,因为一旦达到磨损寿命,SSD将不可写入,不仅运行的业务不可用,而且数据也有丢失的风险。

华为RAID 2.0+有何来头?

RAID 2.0是华为存储在传统RAID基础上研发的新一代RAID技术--块虚拟化,它最典型的特点是不再使用整块的硬盘作为RAID基础单元,而是将硬盘切分成一定容量的小块,从不同的硬盘上选取一个小块就可以组成一个小的RAID组。

华为RAID 2.0+,为SSD优化而生

样的好处是RAID单元不再局限在单一盘,通过更多的盘提供输出能有更高的盘性能,而且遇到硬盘失效时,并发多盘写入可以解决重构写入瓶颈问题,理论上重构性能可以达到与参与重构盘数量同样的性能提升,比如100盘参与重构,不考虑后端接口卡限制,重构速度可以提升100倍。

RAID 2.0+虽然基于RAID 2.0,但又赋予了很多增强的性能,包括智能的瘦分配、盘间均衡、多种介质数据平滑流动、精简重构、故障自检等多种功能。伴随丰富的智能特性,华为RAID 2.0+能够完美的发挥出SSD的性能和可靠性,提供超高的成本优势、超长的使用寿命和超高的性能。

天生为SSD优化而生

传统RAID以盘为基础单位向用户提供空间,粗粒度管理,要将这些未写入空间精确而规则的告知SSD相对困难。而RAID 2.0+将硬盘划分为规范的小粒度(CK)进行管理,当CK没有分配或者进行释放时,就可以通过SSD的TRIM命令,及时将这些没被使用的空间告知SSD。而且RAID 2.0+的瘦分配实现按需分配,可以在需要的情况下才进行空间分配,这样能方便的区分出写入用户数据的空间和未写入用户数据的空间。

如之前提到,SSD具有内部垃圾回收的机制,可以形象的想象成SSD内部是一个个小房间,只有把里边的家具都搬到别的空房间,房间才能重新使用。RAID 2.0+可以将没有使用的家具信息告知给SSD,减少大量的搬迁磨损,给SSD带来了寿命和性能的双重提升。

这些因为SSD内部搬移带来的额外颗粒磨损损耗了SSD颗粒的写入次数,同样的颗粒,额外搬移越多,用于承接用户的写入数据量也就越少,SSD的寿命越短。或者写入次数一样,额外搬移越多,用户需要在颗粒成本的投入会越高。

SSD的DWPD取决于颗粒类型和写放大系数,而写放大系数取决于超分配的比例,超分配比例越高写放大系数越小,同时DWPD值也越高。

华为RAID 2.0+,为SSD优化而生

在对单个SSD磨损优化的同时,RAID 2.0+也会在SSD之间均衡的进行空间分配和写入,在添加SSD时,利用盘间均衡技术实现对新添加盘上的空间均衡。这里的盘间均衡分配与写入技术和SSD内部的颗粒磨损均衡是一致的原理,SSD利用颗粒的均衡磨损来延长盘片的整体使用寿命,而RAID 2.0+则充分保障SSD盘间的磨损均衡,有效的避免单盘磨损过度而影响阵列的整体使用寿命,所有盘接近一致的达到寿命末期,从而实现阵列层面SSD使用寿命的提升。

阵列的单方面优化可以让SSD在可用性上得到大幅提升,但要做到阵列与SSD "天人合一"的境界,则还需要更加精深的技能,华为RAID 2.0+能够实现阵列与SSD盘的完美配合能力。

RAID 2.0+特有的盘上小粒度管理,配合阵列的ROW(写时重定向)机制,可以充分的融合阵列垃圾回收和SSD上垃圾回收,更进一步的降低盘上的写放大,提供更极致的成本优势和可靠性,使阵列数据流和SSD业务流精准配合,这些计划在华为全闪存阵列应用的最新技术,相信会让RAID 2.0+与SSD这对天然的CP爆发更闪耀的光芒。

另一方面尽管SSD价格日渐降低,但还是高于传统的机械硬盘,很多用户仍然面临着SSD成本和性能的纠结。而RAID 2.0+提供了数据在多种介质间天然的流动能力,用户可以根据需求灵活的选择SSD和机械硬盘的配比,在获得大幅性能提升的同时又能完美兼顾成本的苛求。

除了完美解决成本和可靠性的问题,针对SSD对大块写入的性能偏好,RAID 2.0+在盘上写入IO的独特缓存和汇聚设计,下发到SSD的写入IO可以很好的支持大块的写入,一个基础数据是64K的随机写入带宽约为4K写入带宽的两倍左右,从而真正发挥出SSD飞驰的速度感。

而且,华为是业界唯一同时提供阵列和SSD盘片,并与主流颗粒供应商有深度合作的存储厂商,也使其在SSD领域的绝对领先地位更加不容撼动。凭借在闪存介质硬件、软件技术创新,以及产业链的全面合作,华为闪存产品和解决方案广泛应用于全球各行各业的业务系统,为俄罗斯NovikomBank、奥地利和记、德国爱达邮轮、中国比亚迪提供高可用、高可靠的服务,承载企业核心业务。

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