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固态存储最佳实践

2019-12-04 17:32:10来源:励志吧0次阅读

固态存储技术已经彻底改变了消费电子产品,几乎替代了所有小型消费电子设备的旋转式磁盘,比如移动电话和平板电脑,并且成了超薄笔记本电脑的标准配置。现在,在数据中心也同样可以感受到固态存储带来的优势。

某些传统硬盘(HDD)发货量下降的同时,固态硬盘(SSD)的发货量却在猛增,并且快速获得了企业级应用系统的认可。固态存储非常适合应用于数据库应用、虚拟服务器、虚拟桌面环境以及基于以下标准的高性能应用系统:

交易性能,以每秒读写次数(IOPS)来衡量;

吞吐量或带宽,以每秒传输的兆字节数(MBps)来衡量;

单个I/O操作的回访问时间,以延迟(毫秒或微秒)来衡量;

和传统的HDD一样,SSD也可以分为两个基本类型:企业级和消费级。企业级SSD(和HDD相同)能够支持7x24小时工作,性能更高,保修时间和使用寿命也较长,所以每GB的成本较高。而消费级SSD(和HDD)通常不支持7x24小时工作,但是容量较高,每GB的成本较低。

NAND闪存SSD和写入次数

由于NAND闪存实际上是基于固态硬盘技术,所以NAND闪存介质的每一位都有写入次数的限制。

业界和SSD厂商采用全容量写的次数而不是一天中写的次数作为其寿命的衡量标准。一块企业级SSD能够承受每天对其容量写若干次,并持续至少五年以上。而消费类SSD通常在同样情况下只能持续几个月。术语TBW(写入数据总量)就经常用来说明这种特性。因此,企业级SSD更适合每天进行大量写操作的应用,比如数据库应用。

外形规格

SSD技术有多种外形规格,有纯固态形式,也有和其它技术(例如HDD)混合的形式。在纯固态形式中,SSD技术可以作为IT基础架构的缓存来部署,也可以作为分散设备中或者大型、全闪存存储阵列中的主存储。在混合形式中,SSD还可以和HDD联合,形成独立的混合设备或者大型的混合闪存优化存储阵列。

硬盘驱动器形式。硬盘驱动器的形式是固态硬盘技术常见的打包方式。SSD可用的外形尺寸包括1.8英寸、2.5英寸和3.5英寸,它们使用与当前HDD相同的连接器和接口,其中2.5英寸是最常用的尺寸。目前,这些SSD的单盘容量已经达到了2TB。和HDD一样,SATA和SAS接口是最常用的接口。新的企业级SSD已经开始使用12Gbps的SAS接口,它能提供比以往更高的性能。当然,SSD也使用一些老的接口,但数量在不断减少。

目前,SSD已经有多种新的接口以适应各种驱动器尺寸,比如SATA Express、SCSI Express和Non-Volatile Memory Express(NVMe)接口。2013年年底或2014年年初,我们有望看到这些新接口产品。

PCIe卡形式。固态硬盘另外一种常见的形式是PCIe卡。这些卡可以插入到计算机的PCIe插槽,能够提供非常高的性能而且延时也极小,因为存储是通过快速的PCIe总线直接访问的。企业级PCIe SSD比相同容量的硬盘驱动器形式的SSD更贵,但性能通常会更好。目前PCIe SSD的最大容量是10TB,但这种特定的SSD价格是普通服务器的很多倍。

许多PCIe SSD支持PCIe 2.0标准,需要x4或者x8的插槽。还有一些新卡也支持PCIe 3.0标准,在2012年开始销售的新服务器上都可以使用。

SSD外形的一个重要方面是其卡的物理尺寸。一些半高半长的卡,可以适用于大部分服务器,甚至是一些非常小的服务器。全高或者全长的PCIe SSD卡虽然能够提供更高的容量,但不能适用于所有服务器。

固态硬盘实施的五大误区

不了解应用系统负载,比如,对于缓存“不友好”的应用负载使用固态硬盘缓存技术;

没有预料到在部署SSD后可能会导致瓶颈转移;

没有购买足够的SSD满足提前的需求;

不了解服务器内置固态硬盘和外置固态硬盘使用的区别;

不了解SSD在“刚开始使用”和“稳定状态”下性能的差异。

另外,某些大容量PCIe SSD需要额外供电,超出标准的25瓦可以直接从PCIe插槽供给。某些服务器安装了额外的电源连接器。

专用SSD形式。由于尺寸较小、耗电较低,SSD可以以各种规格出现,有很多都专门为应用程序设计的很小。这其中也包括mini-SATA(mSATA),大概只有名片大小(甚至更小);它的容量可以达到256GB,使用SATA命令接口,可以适应PCIe插槽。还有一种叫做μSSD(micro SSD),以半导体芯片的方式直接安装在主板上,操作系统看到的是一个SATA的存储设备,主要用于像移动设备这种需要极低功耗的应用。

SSD一个有趣的形式是企业级应用是双列直插内存模块(DIMM)插槽的形式。这些产品是NAND闪存和非易失性内存设备,可以插到标准的DDR3 DIMM插槽,可以为服务器提供非易失性的存储功能。利用多个DIMM插槽,就可以通过有趣的方式为服务器提供企业级存储。

更多的固态存储信息和性能报告

Demartek实验室在其网站的SSD Zone里提供了更多的免费信息。那里可以找到大量的专门针对固态硬盘技术的性能报告;这里还提供了全面的SSD部署指南。

混合驱动器和阵列

有很多SSD/HDD产品都是把SSD和HDD技术结合到一起。单独的混合驱动器一般用于消费类和桌面应用,并且常常把SSD作为HDD前端的缓存来使用。大型混合闪存存储阵列结合了分散的固态设备(SSD或PCIe卡)和单独HDD,是专门为企业级存储应用设计的。这种混合阵列的SSD可以作为缓存使用,也可以用作主存储中的分级存储。

应用案例

Demartek的实验表明,几乎任何工作负载使用SSD都能提升其性能,在某些负载情况下尤其突出。比如数据库,而且不仅仅是因为SSD的性能更高,还因为它可以降低延迟。尤其是 SSD作为缓存和主存储,我们会看到性能显着提升。如果把应用程序数据完全存储到SSD介质上,性能可以提升8到16倍,甚至更高。但是遗憾的是,目前您可能还支付不起每一个应用程序都使用SSD的成本。

一块HDD可以提供成百的IOPS,而一块SSD通常可以提供几千或几万的IOPS。在一些联机交易(OLTP)环境中,包括数据库和WEB服务器环境,响应时间的长短非常关键。一个交易或许需要多次数据库查询,每个查询需要上次查询的返回结果。在这种情况下,用户的响应时间完全依赖于存储对于一系列查询能够在多快的情况下做出反馈。在许多情况下,使用SSD可以获得亚毫秒级的延迟,这比纯粹的IOPS或者吞吐量的性能更加重要。

SSD缓存和缓存应用

SSD作为缓存有潜在的优势,性能提升的好处可以被多个应用分享,因为缓存可以不区分应用的提升所有“热”数据的性能。SSD缓存也是一种利用较少固态存储实现高性能的良好途径。缓存需要时间“预热”,并且逐渐被热数据填满,这需要数分钟或数小时,跟环境有关。不断重复访问整个数据集的一个子集,这种具有“热点”的应用负载属于缓存友好型应用,可以利用SSD缓存技术获得性能提升。另外,OLTP的应用负载的性能也可以提升2.5到8倍,这依赖于缓存的大小、后端存储的速度以及其它一些因素。

SSD缓存通常可以部署在IT基础架构的三个地方:服务器端、网络或存储系统。每一种都有其优缺点,所以要根据你的需求进行选择。在某些环境中,不同应用共享缓存的功能非常重要;而另外一些环境中,服务器和后端存储的稳定更加重要。服务器端SSD缓存技术的优势是可以为应用系统提供更小的访问延迟,但是把应用迁移到不同的服务器(例如在虚拟机环境中)时,要想获得最佳性能,必须把新服务器上的缓存重新预热。

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