北京2023年8月3日 /美通社/ -- 當前，伴隨千行百業(yè)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(fā)展。關于存儲，NAND全閃介質的SSD固態(tài)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(tài)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。
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(tǒng)存儲操作系統(tǒng)的時延，在整體IO時延占比達到90%以上，存儲系統(tǒng)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(fā)揮出SSD硬盤的性能優(yōu)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(chuàng)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(xié)同等技術，釋放SSD介質性能，創(chuàng)新加速存儲業(yè)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(zhí)行效率，有利于數據寫請求快速下發(fā)至SSD硬盤，發(fā)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(tǒng)的性能發(fā)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?yōu)槔鴶祿?，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(fā)生更新從而變?yōu)槔鴶祿母怕瘦^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(chuàng)新的全局垃圾回收算法，全局實時監(jiān)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?yōu)槔鴶祿母怕省Ｍ瑫r，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(qū)分存放，從而提高垃圾回收效率，降低對系統(tǒng)性能和SSD硬盤壽命的影響。
盤控協(xié)同
浪潮信息集中式存儲全閃棧利用SSD硬盤提供的多流技術，下發(fā)IO時也將這些數據的冷熱分類標記下發(fā)至SSD硬盤，SSD硬盤將不同分類的數據分區(qū)存放，提高硬盤內垃圾回收的效率，降低盤內NAND的擦寫磨損，延長其壽命，并保障其性能。
支持前后端UNMAP功能
前端UNMAP功能配合主機軟件，全閃棧將主機軟件UNMAP區(qū)域的數據標記為無效數據，相應空間可以被回收，既提高空間有效利用率，又提高全閃棧的全局垃圾回收效率。同時，全閃棧全局垃圾回收功能回收空間時，利用后端UNMAP功能，配合SSD硬盤通知它相應區(qū)域的數據無效，從而增加SSD硬盤內無效數據量，減少SSD硬盤內垃圾回收的搬遷數據量，提高SSD硬盤垃圾回收的效率。
元數據管理
ROW追加寫、全局垃圾回收和重刪、UNMAP等特性，在實際業(yè)務中，觸發(fā)元數據隨時隨刻被訪問和發(fā)生變化，全閃存儲系統(tǒng)性能的發(fā)揮需要高效的元數據管理系統(tǒng)的支撐。浪潮信息集中式存儲全閃棧通過元數據讀寫緩存，結合log、B+樹和hash表的組織方式和智能管理算法，提高元數據查找和更新的效率，保證IO在軟件棧中的執(zhí)行效率，充分發(fā)揮后端SSD硬盤的性能。
智能資源調度
浪潮信息集中式存儲全閃棧中創(chuàng)新的智能資源調度技術，對IO任務中內聚性高的業(yè)務進行分組，并跟CPU分組進行親和性綁定，減少不同業(yè)務之間的影響，提高各業(yè)務執(zhí)行效率，更充分有效的利用CPU資源，發(fā)揮軟件棧的能力，將業(yè)務壓力更及時的下發(fā)到SSD硬盤，充分發(fā)揮SSD硬盤的性能優(yōu)勢。
性價比和能效比之選
浪潮信息集中式存儲全閃棧支持全局重刪、字節(jié)級硬件壓縮、數據拼接、模式數據識別等數據縮減功能，數據縮減比可達5:1，以更低的價格和能耗提供更高的單位有效容量。通過智能感知業(yè)務壓力自適應調節(jié)數據縮減算法，達到數據縮減功能開啟后對性能影響小于20%。
近年來，浪潮信息基于存儲即平臺戰(zhàn)略，圍繞客戶應用需求變化，打造集中式和分布式全閃存儲兩大平臺型產品。同時推出具有單端口和雙端口兩種形態(tài)的新一代SSD高速存儲介質，并支持全路徑端到端保護和國內外加密算法，使數據更持久可靠，通過多檔精細功耗調節(jié)實現能耗比提升15%~37%，通過極致可靠設計提升故障后數據恢復率，進一步保障數據安全，實現數據永不丟失。
浪潮信息堅持推動從介質到軟件棧到系統(tǒng)的全方位閃存化升級。以極致的技術創(chuàng)新，滿足用戶性能、安全、低能耗需求，持續(xù)釋放數據價值，助力千行百業(yè)的用戶數字化轉型升級。
