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高性能低能耗,浪潮信息集中式存儲全閃平臺揭秘

當前,伴隨千行百業的數字化轉型,由服務器、存儲、網絡等組成的數據中心,作為支撐數字化轉型的基礎,迎來高速發展。關于存儲,NAND全閃介質的SSD固態硬盤因其高性能、高可靠、低能耗的特點,可滿足人們對更快速、更安全、更綠色的存儲需求,且隨著Flash顆粒單位容量成本不斷降低,SSD固態硬盤正在加速替代磁介質的HDD機械硬盤成為市場主流存儲介質。


(資料圖片僅供參考)

如何應用好更強性能的SSD硬盤,卻并非易事

首先,在SSD硬盤高性能下,以往面向磁盤設計的傳統存儲操作系統的時延,在整體IO時延占比達到90%以上,存儲系統性能瓶頸已經從后端硬盤轉移到存儲軟件棧,SSD硬盤的性能無法充分展現。其次,由于NAND Flash顆粒具有需要將數據先擦除后寫入的特點,而NAND Flash顆粒的可擦寫次數有限,導致SSD硬盤的壽命受其限制,且隨著NAND Flash顆粒容量密度的增加,擦寫次數越來越少(如MLC和TLC介質的可擦寫次數相差約5倍)。另外,雖然Flash顆粒單位容量成本不斷降低,但SSD硬盤的容量成本仍然比HDD硬盤高。

如何充分發揮出SSD硬盤的性能優勢、高效利用擦寫次數以保證其壽命、降低單位有效容量的成本,與SSD硬盤相適應的存儲全閃軟件棧成為解決這些問題的關鍵所在。浪潮信息面向閃存介質創新設計的集中式存儲全閃棧,通過ROW追加寫、全局垃圾回收算法、盤控協同等技術,釋放SSD介質性能,創新加速存儲業務增長。

性能和壽命兼得

ROW (Redirect on write)追加寫

浪潮信息集中式存儲全閃棧采用ROW (Redirect on write)追加寫的方式,每次寫IO都重新分配空間,并將隨機小塊IO湊成大塊IO,達到滿足RAID滿條帶寫的條件后落盤,這樣就避免了RAID寫流程中的讀懲罰,并降低了寫懲罰,即降低校驗數據更新頻率,從而簡化和縮短了數據寫流程,提高了IO執行效率,有利于數據寫請求快速下發至SSD硬盤,發揮SSD的性能,縮短IO時延。同時也降低了寫入SSD硬盤的總數據量和IO總數量,減少SSD硬盤的擦寫次數,保證其壽命。

RAID滿條帶寫的方式,也解決了RAID各盤上數據寫入量和寫入頻率不均衡導致的熱點問題,從而避免熱點盤頻繁擦寫甚至擦寫次數快速耗盡,保證SSD硬盤的壽命;也避免熱點盤上IO壓力變大、IO時延變長,成為性能的瓶頸盤風險,有利于存儲系統的性能發揮。

ROW追加寫

全局垃圾回收

ROW追加寫產生的老數據(即垃圾數據)所占用的空間需要被回收用以保存新寫的數據。對于不全是垃圾數據的空間,需要將其中的有效數據進行遷移,并修改對應的元數據,這就意味著要盡量減少垃圾回收過程中搬遷的數據量。同時需要盡量搬遷較冷的數據(短時間內成為垃圾數據概率低的數據),避免搬遷的數據在短時間內變為垃圾數據,提高遷移操作的價值。另外,相同冷熱程度的數據,較短時間間隔內都發生更新從而變為垃圾數據的概率較大,相應的保存這些數據的空間內的無效率數據就會更多,意味著需要搬遷的數據更少,有利于垃圾回收高效的回收空間。

浪潮信息集中式存儲全閃棧采用創新的全局垃圾回收算法,全局實時監測已用單位空間中的無效數據含量、有效數據權重(冷熱程度等),全局查找無效數據更多、有效數據更冷的空間進行回收,減少空間回收時的搬遷數據量,降低遷移數據短時間變為垃圾數據的概率。同時,根據數據冷熱程度預判,將元數據、新寫的數據和GC搬遷的數據區分存放,從而提高垃圾回收效率,降低對系統性能和SSD硬盤壽命的影響。

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