存儲(chǔ)極客：自動(dòng)分層存儲(chǔ)PK. SSD緩存
今日，“存儲(chǔ)極客”欄目正式上線!在這里，只有一位大咖名叫“存儲(chǔ)”，它的粉絲我們稱為“存儲(chǔ)極客”!
存儲(chǔ)極客這是一群存儲(chǔ)偏執(zhí)狂
為存儲(chǔ)而生，跟存儲(chǔ)死磕各具獨(dú)家秘笈
有觀點(diǎn)，有碰撞，有干貨
從今日起做客存儲(chǔ)極客欄目
與你分享存儲(chǔ)里的那點(diǎn)事兒
從目前看，固態(tài)混合陣列的出貨量仍遠(yuǎn)超出新興的全閃存陣列市場(chǎng)。一方面7200轉(zhuǎn)硬盤的單位容量成本，與SSD相比仍有巨大優(yōu)勢(shì)，對(duì)于想兼顧高IOPS和大容量存儲(chǔ)需求的用戶，選擇帶有自動(dòng)分層存儲(chǔ)或者閃存緩存的陣列還是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
對(duì)于傳統(tǒng)使用高轉(zhuǎn)速(特別是15K)硬盤的企業(yè)存儲(chǔ)市場(chǎng)，戴爾等廠商已經(jīng)開始以硬盤的價(jià)格為用戶提供全閃存配置。當(dāng)前全閃存陣列市場(chǎng)還處于發(fā)展階段，MLC(或者企業(yè)級(jí)MLC)閃存逐漸成為主流，盡管它的性價(jià)比更好，但一方面寫入性能比SLC相差不少，另外仍有人擔(dān)心MLC的壽命問題。因此，在SLC和MLC閃存之間的智能分層也不失為一個(gè)理想的解決方案。
在混合陣列的優(yōu)化技術(shù)路線上，有些廠商選擇支持自動(dòng)分層存儲(chǔ)(Tier)，有些廠商則提供SSD緩存(Cache)功能，還有對(duì)兩種技術(shù)都支持的。我們?cè)龅竭^一些用戶不知該如何選擇，也遇到過在項(xiàng)目采購(gòu)招標(biāo)中指定其中一種，從而使部分產(chǎn)品處于有利地位的。
今天，我們從以下7個(gè)維度來(lái)比較相關(guān)技術(shù)，前6項(xiàng)規(guī)定滿分為5分，由于站在每個(gè)特性對(duì)整體影響的角度來(lái)看，故最低得分設(shè)為3。最后一個(gè)附加考量項(xiàng)目，允許+2的加分。
1.只讀加速?還是讀寫加速?對(duì)于SSD緩存技術(shù)而言，大部分只是Read Cache，也就是將熱數(shù)據(jù)的副本放到SSD中，只加速讀操作。這樣有一個(gè)好處，就是不用太擔(dān)心SSD或者閃存卡故障，最多是性能下降但不會(huì)丟數(shù)據(jù)。當(dāng)然也有支持SSD寫緩存的，這種情況下一定會(huì)對(duì)閃存盤做RAID保護(hù)，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)沒有寫入硬盤之前，它們?cè)陂W存write buffer中是唯一的。開始時(shí)，廠商為了減少性能損失選擇RAID 1多一些;也有希望容量利用率高的廠商支持了RAID 5。
閃存與傳統(tǒng)機(jī)械硬盤的一個(gè)明顯區(qū)別，就是它的讀性能比寫性能好。如果將有限的SSD容量同時(shí)用于緩存加速讀和寫，有時(shí)候效果并不是很好。所以，盡管SSD讀寫緩存某種程度上類似于自動(dòng)分層存儲(chǔ)，但它們之間的區(qū)別還是不小的。
相比之下，在這一點(diǎn)上自動(dòng)分層存儲(chǔ)不怎么糾結(jié)，只要是位于SSD高性能分層的數(shù)據(jù)讀寫都一樣加速。不過我們認(rèn)為，不同的分層技術(shù)對(duì)SSD和HDD之間的調(diào)度算法還是有許多不同之處。請(qǐng)繼續(xù)往下看…
✎本項(xiàng)評(píng)分SSD緩存：3.5分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：5分戴爾Data Progression：5分
注：由于特點(diǎn)突出，在本文中我們將戴爾Data Progression與其它自動(dòng)分層存儲(chǔ)分開對(duì)比。
2.只是“傻快”嗎?還有數(shù)據(jù)生命周期管理呢SSD緩存無(wú)外乎是兩種用法：read cache和write buffer，都是用于加速，而且只區(qū)分2種性能等級(jí)的存儲(chǔ)介質(zhì)——SSD添加到HDD存儲(chǔ)池，對(duì)于在硬盤上的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，沒有進(jìn)一步的數(shù)據(jù)管理功能。
對(duì)于自動(dòng)分層存儲(chǔ)技術(shù)，有些只能支持2個(gè)分層，因?yàn)檫@樣的數(shù)據(jù)遷移規(guī)則和算法最簡(jiǎn)單。當(dāng)在SSD之外還配置高轉(zhuǎn)速和大容量?jī)煞N硬盤時(shí)，在一個(gè)層中混用將無(wú)法充分發(fā)揮它們的性能。
能夠支持3個(gè)或以上Tier的自動(dòng)分層存儲(chǔ)一般是中高端產(chǎn)品，戴爾SC(Compellent)陣列的Data Progression便是其中的代表。而且戴爾SC還提供一些獨(dú)特的功能，可以將快照后的只讀數(shù)據(jù)在同一存儲(chǔ)層中由RAID 1轉(zhuǎn)換為RAID 5或6存放，一方面節(jié)約了存儲(chǔ)空間，同時(shí)還能保證讀寫性能不下降。
注：得益于底層原生塊級(jí)虛擬化技術(shù)，戴爾SC存儲(chǔ)支持將新數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)寫入到高速RAID 1中以保證寫性能，對(duì)已經(jīng)遷移到RAID 5/6的數(shù)據(jù)塊也不會(huì)原地修改。
✎本項(xiàng)評(píng)分SSD緩存：3分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：4分戴爾SC Data Progression：5分
3.閃存能hold住多大?數(shù)據(jù)移動(dòng)精度如何對(duì)于SSD緩存技術(shù)來(lái)說(shuō)，它的容量不會(huì)累加到存儲(chǔ)池，也就是說(shuō)實(shí)際可用空間還是HDD RAID的容量。自動(dòng)分層存儲(chǔ)的總可用容量，則是來(lái)自多個(gè)分層，包括SSD RAID和HDD RAID之和。
SSD Cache只是把數(shù)據(jù)當(dāng)做臨時(shí)空間，最終還是要寫進(jìn)永久存儲(chǔ)層的，并不能減少IO，以及優(yōu)化數(shù)據(jù)在磁盤上的位置。而自動(dòng)分層存儲(chǔ)是把SSD當(dāng)做真正數(shù)據(jù)的家。
也許有人會(huì)說(shuō)這個(gè)影響不大，因?yàn)镾SD緩存容量平均只有存儲(chǔ)池的3-5%。因?yàn)?，SSD緩存管理的元數(shù)據(jù)，需要占用陣列控制器的內(nèi)存資源，緩存頁(yè)面的粒度比較細(xì)，例如有的產(chǎn)品是4KB。因此，帶有閃存緩存的陣列能夠管理的SSD Cache容量上限，通常為數(shù)TB級(jí)別。
自動(dòng)分層存儲(chǔ)對(duì)SSD的容量通常沒有限制，有些廠商SSD數(shù)量的限制通常是人為的，主要是超過這個(gè)數(shù)量無(wú)法得到應(yīng)有的性能提升。
自動(dòng)分層存儲(chǔ)可以分為L(zhǎng)UN和sub-LUN遷移粒度。其中根據(jù)數(shù)據(jù)訪問頻率在硬盤和SSD之間遷移整個(gè)LUN是早期有的廠商比較初級(jí)的做法;目前主流的都是遷移LUN中的數(shù)據(jù)切片，一般廠商能做到16MB-1GB的水平，而戴爾Data Progression則能達(dá)到512KB-4M的遷移粒度。這個(gè)粒度影響到對(duì)閃存的利用率，而且遷移不必要的數(shù)據(jù)也會(huì)帶來(lái)額外的I/O。
下面這項(xiàng)的評(píng)分，是結(jié)合這一小節(jié)的兩點(diǎn)給出。
✎本項(xiàng)評(píng)分SSD緩存：3.5分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：3分戴爾SC Data Progression：4分
4.反應(yīng)快慢數(shù)據(jù)迅移一觸即發(fā)?對(duì)于需要高I/O性能的存儲(chǔ)訪問，我相信每個(gè)用戶都希望能盡快地被閃存“命中”，這是所有固態(tài)混合陣列都要面對(duì)的。
對(duì)于SSD讀緩存，有的算法是數(shù)據(jù)塊讀取一定次數(shù)(比如3次)之后被復(fù)制到閃存中，Cache使用達(dá)到一定比例再淘汰其中的不活躍數(shù)據(jù)，通常對(duì)熱數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度還是比較快的;SSD寫緩存則是先放到閃存，再根據(jù)一定規(guī)則后臺(tái)刷新到磁盤。
自動(dòng)分層則不同了，有不少產(chǎn)品是將數(shù)據(jù)先寫到低性能分層，按照預(yù)定或者設(shè)定的周期統(tǒng)計(jì)它們的活躍度，再把熱數(shù)據(jù)遷移到SSD高速分層。這樣實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但是只要是寫入的數(shù)據(jù)塊還沒有被遷移到SSD，那它的性能就無(wú)法提升。
在這種情況下，數(shù)據(jù)移動(dòng)的頻率就比較重要了。盡管有的產(chǎn)品支持1小時(shí)統(tǒng)計(jì)周期執(zhí)行一次，但考慮到白天可能影響到生產(chǎn)存儲(chǔ)的性能，還是在每天夜間執(zhí)行的更多。
對(duì)于另外一些自動(dòng)分層存儲(chǔ)技術(shù)，則是將數(shù)據(jù)先寫入SSD高速分層以獲得最好的性能，再根據(jù)某種策略向“下”遷移，比如戴爾Data Progression。讀寫分離是戴爾SC(Compellent)的關(guān)鍵，默認(rèn)每天一次執(zhí)行Replay(快照)數(shù)據(jù)遷移不加重控制器的負(fù)擔(dān)，并最大程度減少對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)訪問的影響。
針對(duì)這種情況，統(tǒng)計(jì)周期和分層操作的頻率就顯得不太重要了，因?yàn)榻^大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境都不會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)就把SSD分層的容量寫滿。而且戴爾SC陣列還支持在同一分層內(nèi)，將快照數(shù)據(jù)由RAID 1轉(zhuǎn)化為RAID 5/6，在保證讀/寫性能的同時(shí)提高閃存利用率。
✎本項(xiàng)評(píng)分SSD緩存：5分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：3分戴爾SC Data Progression：4分
5.區(qū)別對(duì)待最大發(fā)揮SLC/MLC/TLC閃存價(jià)值如果是同時(shí)支持讀和寫加速的SSD緩存，有的是按比例劃分容量;也有少數(shù)產(chǎn)品建議用SLC做寫緩存/MLC做讀緩存的，比如ZFS文件系統(tǒng)。但ZFS的寫緩存只是當(dāng)作小容量日志來(lái)使用，更多目的是用來(lái)做緩存掉電保護(hù)。
絕大多數(shù)自動(dòng)分層存儲(chǔ)技術(shù)，不會(huì)對(duì)SLC和MLC閃存做區(qū)別對(duì)待，所以通常只能使用一種類型的SSD。
而戴爾“閃存優(yōu)化型”Data Progression分層還有一項(xiàng)“讀寫分離”技術(shù)。有些廠商的全閃存陣列(AFA)只是為了炒作而成的產(chǎn)品線，而戴爾則是真正扎扎實(shí)實(shí)做閃存優(yōu)化的廠商，是業(yè)界唯一一個(gè)做SLC、eMLC分層，現(xiàn)在又第一個(gè)把TLC融入到存儲(chǔ)介質(zhì)中。就像我們?cè)谇拔闹薪榻B的那樣，寫密集型(SLC)SSD中的數(shù)據(jù)會(huì)定期遷移至讀密集型(MLC或TLC)分層，這樣SLC專注于寫而MLC/TLC專注于讀，兩種操作都能獲得理想的性能，同時(shí)提供良好的性價(jià)比。
✎本項(xiàng)評(píng)分SSD緩存：3.5分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：3分戴爾SC Data Progression：5分
6.貼近計(jì)算服務(wù)器閃存如何打通?至少有幾家供應(yīng)商提供服務(wù)器端的SSD緩存類產(chǎn)品。盡管它們中的許多可以搭配SAN陣列使用——而感知不到后端有沒有閃存，所以是否在服務(wù)器和存儲(chǔ)端使用多級(jí)閃存是個(gè)需要仔細(xì)規(guī)劃的問題。
要問有沒有服務(wù)器端SSD緩存軟件能跟后端陣列協(xié)同的?戴爾Fulid Cache for SAN和SC陣列之間就有一個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，當(dāng)后端創(chuàng)建快照時(shí)會(huì)觸發(fā)服務(wù)器閃存中的寫緩存數(shù)據(jù)刷新到陣列，以保證與主機(jī)端應(yīng)用的一致性。需要注意的是，下面的評(píng)分并沒有將Fulid Cache for SAN與其它閃存緩存軟件的比較考慮在內(nèi)，有興趣的朋友可以參考《性能與ILM的平衡：服務(wù)器閃存緩存的思考》一文延伸閱讀。
根據(jù)戴爾流動(dòng)數(shù)據(jù)的理念，底層是無(wú)所謂各種存儲(chǔ)介質(zhì)，確保數(shù)據(jù)可以無(wú)縫流動(dòng)，不論是SLC、 eMLC、TLC閃存，15K、7200RPM硬盤甚至未來(lái)的各種介質(zhì)，底層完全虛擬化包容。上層還可以通過Live Volume、Fluid Cache實(shí)現(xiàn)跨越存儲(chǔ)，和跨越存儲(chǔ)-網(wǎng)絡(luò)-服務(wù)器的數(shù)據(jù)流動(dòng)才是戴爾的真諦。
✎本項(xiàng)評(píng)分SSD緩存：3分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：3分戴爾SC Data Progression：4分
7.智者千慮必有一失?任何的自動(dòng)化策略總有不適用的時(shí)候。比如每月固定1天結(jié)算，某個(gè)LUN需要最高的性能。這時(shí)，主流廠商的自動(dòng)分層存儲(chǔ)大多提供了手動(dòng)和計(jì)劃遷移的支持。
相比之下，SSD緩存在這方面就無(wú)能為力了，用戶基本上無(wú)法干預(yù)。
✎加分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：+2分戴爾SC Data Progression：+2分
✎綜合上述評(píng)分，結(jié)果如下：SSD緩存：23.5分一般自動(dòng)分層存儲(chǔ)：23分戴爾SC Data Progression：29分
看完本文之后，不知我們比較的是否全面，這樣的結(jié)果與您心目中是否一致?如果您是一名用戶，今后再遇到自動(dòng)分層存儲(chǔ)和SSD緩存的選擇時(shí)，還會(huì)再猶豫嗎?
存儲(chǔ)極客精彩不斷!
✎.第二期：多方位全面保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)
✎.第三期：原生4KB扇區(qū)硬盤為何推進(jìn)緩慢
