SSD走進(jìn)企業(yè)級(jí)應(yīng)用 選購(gòu)注意5要素

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【編者按】SSD（Solid State Disk，固態(tài)硬盤(pán)）早就被冠以“革命者”的美譽(yù)，其特別之處在于它沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在芯片里，以區(qū)塊寫(xiě)入和抹除的方式進(jìn)行讀寫(xiě)，因此在讀寫(xiě)效率上，SSD比傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤(pán)有了革命性的提升。SSD“性格分明”，優(yōu)缺點(diǎn)都顯而易見(jiàn)，它的最大賣(mài)點(diǎn)是可以在緊張的I/O處理過(guò)程中加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣? 缺點(diǎn)是價(jià)格偏高、容量偏小。目前，SSD已經(jīng)涉足于企業(yè)級(jí)應(yīng)用，EMC、IBM、HP、NetApp、Dell、H3C、華為賽門(mén)鐵克等廠商都競(jìng)相將SSD推廣到企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品中，唯恐落后。本期專(zhuān)題將從用戶(hù)需求、廠商布局、產(chǎn)品特征等方面多角度、全方位地展示SSD企業(yè)級(jí)應(yīng)用現(xiàn)狀。

2009年3月，遼寧移動(dòng)的9塊146G SSD(Solid State Disk,固態(tài)硬盤(pán))到貨，并配置到機(jī)房原有的EMC Symmetrix DMX-4中，自此，遼寧移動(dòng)的客戶(hù)發(fā)現(xiàn)，手機(jī)話費(fèi)詳單查詢(xún)的時(shí)間縮短了很多，剛剛結(jié)束的通話，就能在互聯(lián)網(wǎng)或遼寧移動(dòng)的查詢(xún)機(jī)上查到話費(fèi)記錄，這后面的功臣就是SSD。

遼寧移動(dòng)是目前少數(shù)在企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)中采用SSD的用戶(hù)之一，第一批“吃螃蟹”的還有百度，不過(guò)它只是把服務(wù)器的硬盤(pán)進(jìn)行改良，插入了SSD以提高檢索業(yè)務(wù)，而并非采用專(zhuān)業(yè)的具備SSD的磁盤(pán)陣列。經(jīng)過(guò)測(cè)試，固態(tài)硬盤(pán)的性能是傳統(tǒng)光纖通道硬盤(pán)的30倍，30個(gè)15000轉(zhuǎn)/分鐘的光纖通道磁盤(pán)才能達(dá)到單一固態(tài)硬盤(pán)同樣的性能。相比個(gè)人用戶(hù)對(duì)SSD的接受程度來(lái)說(shuō)，在企業(yè)級(jí)用戶(hù)中，SSD似乎還只是一道不乏賣(mài)相的美宴，欣賞者多、動(dòng)箸者稀。企業(yè)級(jí)高容量固態(tài)硬盤(pán)的開(kāi)發(fā)也并沒(méi)有想象得那么簡(jiǎn)單，特別是在控制器端，寫(xiě)入壽命、無(wú)故障時(shí)間、穩(wěn)定的IOps（每秒I/O操作頻度）等都對(duì)企業(yè)級(jí)固態(tài)存儲(chǔ)提出了更高的要求。

影響用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)SSD的原因主要體現(xiàn)在五個(gè)方面。

價(jià)格及容量: 因其研發(fā)成本、技術(shù)含量等問(wèn)題， SSD的價(jià)格與傳統(tǒng)硬盤(pán)相比大概是10∶1，在企業(yè)級(jí)SSD中，這一比例更高，這是因?yàn)槌私橘|(zhì)成本外，還有維護(hù)成本、軟件成本和部件整體融合成本。雖然SSD的價(jià)格正呈逐年下降趨勢(shì)，但從目前的價(jià)格水平看，仍高出傳統(tǒng)硬盤(pán)數(shù)倍。

但是，對(duì)于價(jià)格的質(zhì)疑也有來(lái)自另一個(gè)角度的看法，那就是，使用正確的方法，把SSD用在正確的位置，用戶(hù)的整體擁有成本并不會(huì)因SSD的價(jià)格而抬升。一般來(lái)說(shuō)，企業(yè)級(jí)用戶(hù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用往往需要很高的IOps，用戶(hù)因?yàn)樾枰非罅己玫淖x寫(xiě)速度，常常需要采購(gòu)更多的傳統(tǒng)磁盤(pán)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所需要的性能，造成傳統(tǒng)磁盤(pán)的利用率并不高; 而在使用SSD時(shí)，可以在一塊SSD上達(dá)到系統(tǒng)所要求的高IOps。遼寧移動(dòng)業(yè)務(wù)支撐中心系統(tǒng)維護(hù)建設(shè)室主任王欣介紹說(shuō)，如果不采用SSD，而是按傳統(tǒng)的方式提高盤(pán)陣性能，需要購(gòu)買(mǎi)更多的光纖通道磁盤(pán)，還要使用RAID 0+1的方式，能否達(dá)到和SSD一樣的性能還不一定。

從某種程度上來(lái)講，存儲(chǔ)容量也是困擾SSD發(fā)展的一大難題。如今傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤(pán)憑借最新的垂直記錄技術(shù)已經(jīng)向TB級(jí)別邁進(jìn)，而SSD的容量普遍還停留在256GB左右（目前EMC提供的SSD已經(jīng)達(dá)到400GB），這也是由于SSD成本一直居高不下，因此很少有廠商涉及這種高容量的SSD產(chǎn)品的研發(fā)。

壽命及可靠性: SSD采用NAND型閃存芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，而NAND閃存并不像DRAM內(nèi)存顆粒一樣擁有無(wú)限的壽命，得受可擦寫(xiě)次數(shù)的限制。目前，SSD單個(gè)芯片的壽命不如磁盤(pán)介質(zhì)， MLC固態(tài)硬盤(pán)的可寫(xiě)入次數(shù)為2000次～10000次，SLC固態(tài)硬盤(pán)的可寫(xiě)入次數(shù)是MLC的10倍左右，一旦某個(gè)存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入次數(shù)接近極限值，就很可能遭遇徹底的物理?yè)p壞。“SSD往往應(yīng)用在關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)上，我們不敢讓這部分?jǐn)?shù)據(jù)有任何閃失，使用壽命影響了SSD的安全性，因此我們還在猶豫是不是要采用SSD?！蹦炽y行信息處的負(fù)責(zé)人告訴記者。

但是，各存儲(chǔ)方案提供商已經(jīng)采用了很多技術(shù)來(lái)提高SSD的壽命，使其平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）與傳統(tǒng)的磁盤(pán)相當(dāng)。從磁盤(pán)陣列的角度來(lái)看，SSD硬盤(pán)的安全性可以從兩方面來(lái)保障。第一是在部件層面，一塊良好的SSD已經(jīng)內(nèi)置數(shù)據(jù)冗余和糾錯(cuò)技術(shù)，內(nèi)部預(yù)留了存儲(chǔ)單元，在有數(shù)據(jù)塊損壞時(shí)自動(dòng)進(jìn)行替換，用戶(hù)感知不到，SSD盤(pán)片廠家提供的數(shù)據(jù)顯示，頻繁讀寫(xiě)應(yīng)用時(shí)SSD可以使用5年或以上。第二是在系統(tǒng)層面，磁盤(pán)陣列的RAID機(jī)制、熱備盤(pán)、快照、復(fù)制等技術(shù)，都可以用來(lái)保障SSD硬盤(pán)的數(shù)據(jù)安全性。例如，Wear Leveling 是有效提升 SSD  MTBF的一種技術(shù)手段，可達(dá)到均勻磨損、換位寫(xiě)入等目的。Wear Leveling 的基本思想就是避免不停地對(duì)某些晶體的擦寫(xiě)，利用算法保持所有的可擦寫(xiě)單位的次數(shù)是近似均勻的，這樣就把寫(xiě)次數(shù)均勻地分散到各個(gè)晶體上。另外，由于SSD的使用壽命主要取決于寫(xiě)入次數(shù)，而與讀取次數(shù)關(guān)系不大，因此，那些以“一次存取，多次查詢(xún)”為主的應(yīng)用形式（如搜索引擎、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)）避免了SSD寫(xiě)壽命的尷尬。

功耗: 提到這一點(diǎn)時(shí)，也許人們會(huì)感到困惑，按理說(shuō)，功耗足以稱(chēng)得上是SSD的得分項(xiàng)，SSD因?yàn)闆](méi)有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇，閃存芯片發(fā)熱量小、散熱快，因此工作時(shí)非常安靜，沒(méi)有任何噪音產(chǎn)生。那么這里為何還提出功耗問(wèn)題？

因?yàn)橛杏脩?hù)提出質(zhì)疑，如果以傳統(tǒng)的按照W/TB來(lái)計(jì)算的電量統(tǒng)計(jì)，SSD并不占優(yōu)勢(shì)，例如，一塊7.2Krpm的1TB SATA硬盤(pán)的功率是9.2W，一塊15Krpm的300GB的功率是18W左右，而一塊64GB SSD的功率是2W。如果按相同容量耗電量來(lái)看，SSD顯然并不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

但采用SSD之后，有一個(gè)功耗統(tǒng)計(jì)方法是W/IO，以IOps計(jì)算，能耗節(jié)省高達(dá)98%，SSD硬盤(pán)的優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。

軟件兼容性: 要最大程度地發(fā)揮固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，需要通過(guò)各種軟件和系統(tǒng)功能來(lái)發(fā)挖掘其潛能。并不是任意一塊SSD都可以隨意插入企業(yè)級(jí)盤(pán)陣進(jìn)行應(yīng)用的，這跟存儲(chǔ)軟件有很大關(guān)聯(lián)，因?yàn)樵谥懈呒?jí)的存儲(chǔ)系統(tǒng)里面，磁盤(pán)和控制器都有一些特別的微碼來(lái)支持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，服務(wù)器操作系統(tǒng)相對(duì)開(kāi)放，而存儲(chǔ)系統(tǒng)相對(duì)封閉，所以客戶(hù)并不能自己去隨意更換盤(pán)片。

軟件兼容性還表現(xiàn)在，軟件必須能夠識(shí)別SSD，以把最容易出現(xiàn)I/O瓶頸的應(yīng)用放在相應(yīng)的SSD上。由于成本原因，客戶(hù)不可能大量購(gòu)買(mǎi)SSD，那么怎么去發(fā)揮它的作用，就成了一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

在操作系統(tǒng)層面，大多數(shù)傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)不具備存儲(chǔ)分層的概念。而將元數(shù)據(jù)遷移到SSD會(huì)帶來(lái)很大好處，同時(shí)可以進(jìn)一步優(yōu)化不完全基于傳統(tǒng)順序存取的I/O，操作系統(tǒng)分頁(yè)和內(nèi)容高速緩存服務(wù)也可以采用SSD來(lái)改善延遲和減少能耗。

不少用戶(hù)存在顧慮，花大價(jià)錢(qián)買(mǎi)的SSD存儲(chǔ)是真能派上用場(chǎng)，還是“小姐身子丫鬟命”，由于軟件問(wèn)題而使其功能被抹殺。值得欣慰的是，目前像EMC、IBM、HP等前面提到的主流廠商都具備獨(dú)到的支撐SSD的軟件，足以打消用戶(hù)的顧慮。

找準(zhǔn)需求: 價(jià)格也好，壽命也罷，如果用戶(hù)有了迫切的需求，就會(huì)表現(xiàn)出“不差錢(qián)”的豪邁?！百u(mài)的不怕多吆喝，就怕買(mǎi)的沒(méi)心要?！蹦炒鎯?chǔ)廠商通俗地比喻?！皩?duì)廠商來(lái)說(shuō)，企業(yè)級(jí)市場(chǎng)里最難的是幫助用戶(hù)尋找適于SSD展拳腳的應(yīng)用瓶頸?！蹦壳昂芏嘤脩?hù)對(duì)自身的應(yīng)用和SSD的契合度并無(wú)把握，不了解SSD能否適用于自己; 而往往那些適合SSD應(yīng)用場(chǎng)景的業(yè)務(wù)，又恰好是用戶(hù)不敢隨便“動(dòng)”的核心業(yè)務(wù)，要嘗試SSD很需下番決心。

遼寧移動(dòng)決定采用SSD技術(shù)縮短詳單查詢(xún)時(shí)間，其實(shí)也是經(jīng)過(guò)深思熟慮的，遼寧移動(dòng)業(yè)務(wù)支撐中心系統(tǒng)維護(hù)建設(shè)室主任王欣是本次技術(shù)改選的主要負(fù)責(zé)人，深諳數(shù)據(jù)庫(kù)性能的他發(fā)現(xiàn)，詳單的瓶頸出在通話記錄從交換機(jī)入庫(kù)到CRM系統(tǒng)的過(guò)程中。在業(yè)務(wù)高峰時(shí)，話單產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)大于入庫(kù)的速度，從而造成話單積壓，延時(shí)也達(dá)到了令人無(wú)法忍受的程度。將詳單入庫(kù)的相關(guān)索引文件遷移到固態(tài)硬盤(pán)上后，王欣測(cè)試出，系統(tǒng)的讀寫(xiě)速度提高了3～4倍，吞吐量提高了10倍左右，總算解決了這一困擾已久的難題。

目前，遼寧移動(dòng)在全省14個(gè)地市分公司、56個(gè)縣級(jí)分公司擁有超過(guò)2000萬(wàn)用戶(hù)，每月的話單記錄在30億條左右，月索引數(shù)據(jù)的大小為400GB。9塊146G SSD采用“7+1+1”的方式部署，一塊盤(pán)做熱備盤(pán)，其他8塊盤(pán)采用RAID5“7+1”的方式配置，只將當(dāng)月的索引放在固態(tài)硬盤(pán)上，往期數(shù)據(jù)仍然放在光纖通道磁盤(pán)上。SSD技術(shù)在電信行業(yè)有很大的發(fā)展空間，以中國(guó)移動(dòng)為例，各個(gè)省公司都會(huì)有一些熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致系統(tǒng)瓶頸，用少量SSD就可以解決熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的瓶頸問(wèn)題，投資很值得。

這就是一個(gè)典型的SSD對(duì)癥下藥的案例。

最初，SSD的應(yīng)用領(lǐng)域局限于軍用系統(tǒng)、高性能計(jì)算等場(chǎng)合，目前，從行業(yè)來(lái)看，支持SSD的磁盤(pán)陣列主要應(yīng)用在高性能計(jì)算領(lǐng)域和高并發(fā)IO領(lǐng)域，它們存在大量的需求，例如石油勘探、氣象分析、生物醫(yī)學(xué)等都屬于高性能計(jì)算領(lǐng)域，而大型企業(yè)ERP應(yīng)用、大型網(wǎng)站的熱點(diǎn)資源（Cache層）則對(duì)高并發(fā)I/O的處理需求迫切。在這兩個(gè)領(lǐng)域中，有較大部分是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，其特點(diǎn)是小數(shù)據(jù)塊隨機(jī)讀寫(xiě)，且一般寫(xiě)比例比讀少，而對(duì)響應(yīng)時(shí)間和IOps要求很高，存儲(chǔ)容量一般不大。許多商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)常發(fā)生對(duì)元數(shù)據(jù)（日志，索引）非常頻繁的訪問(wèn)，這些訪問(wèn)可能構(gòu)成了大約70%的I/O傳輸工作量，但是只有10%的數(shù)據(jù)，其余較低I/O訪問(wèn)的數(shù)據(jù)實(shí)際占據(jù)了90%的磁盤(pán)容量，如果實(shí)際應(yīng)用正是如上所述的模式和容量比，那么通過(guò)將一小部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在SSD上會(huì)明顯提高應(yīng)用的性能。

但并非所有應(yīng)用都適合SSD，比如說(shuō)高清晰電視或者節(jié)目制作的存儲(chǔ)，由于每一個(gè)文件都很大，每一個(gè)都會(huì)有持續(xù)性的寫(xiě)操作，除了容量要求非常高，不知道哪段應(yīng)該放在SSD上外，頻繁的寫(xiě)操作也不適合于SSD。

另外，云計(jì)算也給SSD帶來(lái)了機(jī)遇，就云計(jì)算而言，計(jì)算和存儲(chǔ)能力主要依靠的是整體架構(gòu)，而不依賴(lài)于單個(gè)設(shè)備或者硬盤(pán)，將SSD硬盤(pán)作為Cache層，用于提供快速的檢索和查詢(xún)，會(huì)是一種可行的應(yīng)用模式。