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希捷公司打造的双执行器磁盘驱动器设计方案到底实际价值如何?

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希捷公司现已拥有一项能够将磁盘驱动器的读写磁头一分为二的技术,该项技术能够让读写磁头成为两套独立组件——即分为上下各一半——并通过上下碟片套件并行IO以提高驱动器的IO性能。

来源:The Register2018-01-05 17:22:25

关键字: 希捷 双执行器磁盘驱动器 磁盘

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全盘并行访问性能到底能否倍增……我们就此咨询了相关专家的意见。

正如之前所报道的一般,希捷公司现已拥有一项能够将磁盘驱动器的读写磁头一分为二的技术,该项技术能够让读写磁头成为两套独立组件——即分为上下各一半——并通过上下碟片套件并行IO以提高驱动器的IO性能。

不同于希捷方面之前的单列多执行器设计,配有双执行器接杆的磁盘驱动器能够在所有盘片上并行读取与写入,从而实现性能倍增。

希捷公司打造的双执行器磁盘驱动器设计方案到底实际价值如何?

希捷公司的多执行器概念图

促使希捷公司着手这方面研究的部分原因在于磁盘驱动器容量的直线上升——目前该公司已拥有容量为12与14TB的驱动器,而其IO水平(或密度)却远远落后于磁盘构建时间,从而导致构建时间延长。

如今,希捷公司的这一技术可以让14TB驱动器在逻辑上成为两块能够在同一个磁盘驱动器机箱内独立运行的7TB的硬盘。

英国存储专家Chis Evans——Architecting IT的创始人——在其博客中就希捷公司这一技术的局限性进行了相关讨论,Chis Evans表示:“使用这一技术之后,将如何实现驱动器的数据写入?如果我们把吞吐量翻倍,那么这两套盘片都需要同时进行编写,而这将抵消这一技术在读取方面所实现的性能改进,因为所有的磁头都将用于读取数据而无法再进行其他工作。”

队列处理问题

另外,Chis Evans还就IO队列处理问题进行了讨论:“这一技术是否会将I/O视为单队列并仅提高‘直梯’NCQ/TCQ性能?或者该技术是否能够为多队列提供处理机会?举例而言,该技术能否在访问主机I/O请求的同时,确保能够让驱动器准备好进行RAID重建?随着驱动器容量的增大,多数据流重建能力可能将会变得尤为重要。”

 希捷公司打造的双执行器磁盘驱动器设计方案到底实际价值如何?

配有读写磁头的第二执行器列能否在磁盘驱动器机箱内拥有一席之位?

这些问题的部分根源在于采用希捷技术制造的读写磁头仅使用了单执行器接杆。那么,如果有两套能够在进行全盘片读取数据的同时也在并行全盘片的数据写入操作的接杆,此即意味着每个都有一套完整的读写磁头且每套都能够独立地并行读取或写入。

类似的,两套磁头均能够并行读取以倍增IO的读取性能。

磁盘驱动器行业对此持有何种态度?标准磁盘驱动器机箱中是否拥有足够的空间?我们就相关问题咨询了相关专家与希捷公司。

存储架构师Chris Evans

对此,Chris Evans表示:“第一个问题是,由于盘片必须被放置在正确的位置上之后才能够对I/O进行充分利用,所以2/4/8执行器的读取永远不可能真正独立。而相比之下,磁盘的循序则不会构成任何问题——等待1/2转或无论多少转,对于磁盘循序而言都只是几毫秒之差而已。”

 “在此之后传输即开始进行。所以大家可以观察到两股数据流向,而缓冲机制在此时将发挥其作用,进而导致了更多的缓存需求。然而,对于随机的I/O而言,能够被读取的I/O需要在这两套盘片上均匀分布,而随机I/O能够提高的性能表现只与数据的分布状况相关。”

那么这里就产生了一项主要影响SATA驱动器的队列处理问题:“SAS与SATA都仅有一个队列,而SATA队列的深度相对于SAS——标准版本为254——而言较小(32)。这一问题又将如何解决?多执行器的效果或许只能在SAS上得以实现,而无法促使SATA设备的性能实现显著增长”

这一切最终将影响什么?

Chris Evans 解释称:“我认为这将影响供应商发明的有关队列处理算法的数据布局与质量。[部分人]可能会认为这是为了让吞吐量更加接近接口速度——具体表现为将设备每秒250 MB的速度提升至近似于每秒600 MB的SATA / SAS速度。我不确定这种观点是否正确,因为如果您将八个读写磁头与两套四个的读写磁头相比较,那么仅就序列而言,吞吐量还会有任何提高吗?”

此外,有关成本/复杂度的问题也至关重要:“我认为应该向制造厂商提出的问题是,这种改变将会增加多少成本/复杂度?”

 “目前市场上存在由大型企业——诸如谷歌、Facebook——制作完成的各式各样有关容量/性能/驱动力/空间的成本模型。如果多执行器能够以最小的额外成本提高吞吐量,那么我们就可以确定这款驱动器将会大受欢迎。”

Deep Storage Net网站的Howard Marks

Deep Storage Net网站创始人兼首席科学家Howard Marks在接受采访时表示:“我们在此之前已经拥有了配备有两个定位器的驱动器(IBM 3380——其中一套磁头专用于内部磁道,另一个则专用于外部磁道)。具体时间可以追溯至线性音圈,所以这两个定位器分别位于这款14英寸盘片的两侧。”

对于希捷方面的多执行器单枢轴设计,Howard Marks指出了其中的一个软件问题:“大多数存储软件包括逻辑卷管理器与文件系统,而这两项都是建立在磁盘驱动器一次只能将其磁头用于一个区域的理论基础之上。此外,其队列逻辑可能无法与多定位逻辑相匹配。”

这即意味着:“对于大型的I/O设备而言,这将可能无法将其吞吐量增加一倍。”

尽管该技术无法实现数据吞吐量翻倍,但却可以接近这一效果。因为“据我所知,希捷公司将通过驱动程序使其看起来如同两个逻辑驱动器。而这应该可以解决上述问题,并让系统获得1.8-1.9倍的IOPS。”

那么,双重枢轴设计又存在怎样的问题呢?“真正的问题在于当配有两个定位器的20 TB驱动器与两个10 TB驱动器相比,其更具备价格优势时,这款驱动器才会具有一定的市场价值——当然,插槽、扩展器端口等成本也考虑在内。”

希捷公司的观点

负责希捷公司的数据中心产品路线图的希捷技术战略与产品计划总监Jason Feist在接受记者采访时对相关问题作出了回应。

记者: 在磁盘上配备两套能够独立操作与并行的读写磁头在技术层面是否可行呢?

Jason Feist: 是的。

记者: 显然,这会增加额外成本,但也能实现IO性能翻倍。

Jason Feist: 事实上,希捷方面近期部署的多执行器技术——在单枢轴点上部署两个执行器——实现了真正意义上的IOPS倍增。而增加的IOPS来源于驱动器同时使用两个磁头进行读写的能力。

记者: 该想法在过去是否被验证过?

Jason Feist: 是的。各种用于多执行器的配置在过去都已经过检验,而该查验在未来还将继续进行。我们最近宣布的多执行器技术设计方案使用了单个枢轴点,而这已足以确保其能够拥有与多个枢轴点相同的IOPS优势。目前3.5英寸的近线硬盘可以在Q1随机读取中提供约80 IOPS,而我们将凭借多执行器概念在Q1 随机读取性能表现中提供约160 IOPS。

记者: 对于多执行器硬盘,您有什么想法?您支持或反对的论据是什么?

Jason Feist: 我们认为这项技术的前景很好。许多关键客户已经验证了这一感念,并正在与我们进行密切合作以共同研发这项技术。

超大规模数据中心服务水平协议(简称SLA)是定义存储部署需求与设计下一代能够有效支持存储部署技术的关键因素。为了促进TCO(总体拥有成本)的持续增长,硬盘驱动器的IOPS需要随着容量的增加而提升,而容量的增长则需要通过提升新的区域密度来完成。

与采用额外的驱动器/主轴相比,能够提供相同性能提升但所需成本较低的的额外组件是一套更具成本效益的解决方案。硬盘与SSD在数据中心内部的关系密切,且都需要在规模上达到一定的容量与性能要求。

多执行器技术在硬盘驱动器中提供的IOPS提升促使这项关系能够在未来得以持续发展。

评论意见

多执行器看起来似乎确实可以解决磁盘驱动器长久以来的IO密度问题。而由两位专家所指出的队列处理问题需要在未来进一步完善。但我们认为希捷公司已经认识到其中所存在的问题,并且正在致力于研发操作系统驱动程序代码以解决这类问题。

12 TB以上磁盘驱动器有望在在今年底——或2019年初——推出,而这款磁盘将会采用此项技术以提供速度更快的磁盘IO。

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