存儲極客：自動分層存儲PK. SSD緩存
今日，“存儲極客”欄目正式上線!在這里，只有一位大咖名叫“存儲”，它的粉絲我們稱為“存儲極客”!
存儲極客這是一群存儲偏執(zhí)狂
為存儲而生，跟存儲死磕各具獨家秘笈
有觀點，有碰撞，有干貨
從今日起做客存儲極客欄目
與你分享存儲里的那點事兒
從目前看，固態(tài)混合陣列的出貨量仍遠超出新興的全閃存陣列市場。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，對于想兼顧高IOPS和大容量存儲需求的用戶，選擇帶有自動分層存儲或者閃存緩存的陣列還是一個不錯的選擇。
對于傳統(tǒng)使用高轉(zhuǎn)速(特別是15K)硬盤的企業(yè)存儲市場，戴爾等廠商已經(jīng)開始以硬盤的價格為用戶提供全閃存配置。當(dāng)前全閃存陣列市場還處于發(fā)展階段，MLC(或者企業(yè)級MLC)閃存逐漸成為主流，盡管它的性價比更好，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分層存儲(Tier)，有些廠商則提供SSD緩存(Cache)功能，還有對兩種技術(shù)都支持的。我們曾遇到過一些用戶不知該如何選擇，也遇到過在項目采購招標(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個維度來比較相關(guān)技術(shù)，前6項規(guī)定滿分為5分，由于站在每個特性對整體影響的角度來看，故最低得分設(shè)為3。最后一個附加考量項目，允許+2的加分。
1.只讀加速?還是讀寫加速?對于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，這種情況下一定會對閃存盤做RAID保護，因為在數(shù)據(jù)沒有寫入硬盤之前，它們在閃存write buffer中是唯一的。開始時，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)機械硬盤的一個明顯區(qū)別，就是它的讀性能比寫性能好。如果將有限的SSD容量同時用于緩存加速讀和寫，有時候效果并不是很好。所以，盡管SSD讀寫緩存某種程度上類似于自動分層存儲，但它們之間的區(qū)別還是不小的。
相比之下，在這一點上自動分層存儲不怎么糾結(jié)，只要是位于SSD高性能分層的數(shù)據(jù)讀寫都一樣加速。不過我們認為，不同的分層技術(shù)對SSD和HDD之間的調(diào)度算法還是有許多不同之處。請繼續(xù)往下看…
✎本項評分SSD緩存：3.5分一般自動分層存儲：5分戴爾Data Progression：5分
注：由于特點突出，在本文中我們將戴爾Data Progression與其它自動分層存儲分開對比。
2.只是“傻快”嗎?還有數(shù)據(jù)生命周期管理呢SSD緩存無外乎是兩種用法：read cache和write buffer，都是用于加速，而且只區(qū)分2種性能等級的存儲介質(zhì)——SSD添加到HDD存儲池，對于在硬盤上的數(shù)據(jù)來說，沒有進一步的數(shù)據(jù)管理功能。
對于自動分層存儲技術(shù)，有些只能支持2個分層，因為這樣的數(shù)據(jù)遷移規(guī)則和算法最簡單。當(dāng)在SSD之外還配置高轉(zhuǎn)速和大容量兩種硬盤時，在一個層中混用將無法充分發(fā)揮它們的性能。
能夠支持3個或以上Tier的自動分層存儲一般是中高端產(chǎn)品，戴爾SC(Compellent)陣列的Data Progression便是其中的代表。而且戴爾SC還提供一些獨特的功能，可以將快照后的只讀數(shù)據(jù)在同一存儲層中由RAID 1轉(zhuǎn)換為RAID 5或6存放，一方面節(jié)約了存儲空間，同時還能保證讀寫性能不下降。
注：得益于底層原生塊級虛擬化技術(shù)，戴爾SC存儲支持將新數(shù)據(jù)永遠寫入到高速RAID 1中以保證寫性能，對已經(jīng)遷移到RAID 5/6的數(shù)據(jù)塊也不會原地修改。
✎本項評分SSD緩存：3分一般自動分層存儲：4分戴爾SC Data Progression：5分
3.閃存能hold住多大?數(shù)據(jù)移動精度如何對于SSD緩存技術(shù)來說，它的容量不會累加到存儲池，也就是說實際可用空間還是HDD RAID的容量。自動分層存儲的總可用容量，則是來自多個分層，包括SSD RAID和HDD RAID之和。
SSD Cache只是把數(shù)據(jù)當(dāng)做臨時空間，最終還是要寫進永久存儲層的，并不能減少IO，以及優(yōu)化數(shù)據(jù)在磁盤上的位置。而自動分層存儲是把SSD當(dāng)做真正數(shù)據(jù)的家。
也許有人會說這個影響不大，因為SSD緩存容量平均只有存儲池的3-5%。因為，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，緩存頁面的粒度比較細，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級別。
自動分層存儲對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，主要是超過這個數(shù)量無法得到應(yīng)有的性能提升。
自動分層存儲可以分為LUN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LUN是早期有的廠商比較初級的做法;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則能達到512KB-4M的遷移粒度。這個粒度影響到對閃存的利用率，而且遷移不必要的數(shù)據(jù)也會帶來額外的I/O。
下面這項的評分，是結(jié)合這一小節(jié)的兩點給出。
✎本項評分SSD緩存：3.5分一般自動分層存儲：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)?對于需要高I/O性能的存儲訪問，我相信每個用戶都希望能盡快地被閃存“命中”，這是所有固態(tài)混合陣列都要面對的。
對于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使用達到一定比例再淘汰其中的不活躍數(shù)據(jù)，通常對熱數(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)則后臺刷新到磁盤。
自動分層則不同了，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)計它們的活躍度，再把熱數(shù)據(jù)遷移到SSD高速分層。這樣實現(xiàn)比較簡單，但是只要是寫入的數(shù)據(jù)塊還沒有被遷移到SSD，那它的性能就無法提升。
在這種情況下，數(shù)據(jù)移動的頻率就比較重要了。盡管有的產(chǎn)品支持1小時統(tǒng)計周期執(zhí)行一次，但考慮到白天可能影響到生產(chǎn)存儲的性能，還是在每天夜間執(zhí)行的更多。
對于另外一些自動分層存儲技術(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，默認每天一次執(zhí)行Replay(快照)數(shù)據(jù)遷移不加重控制器的負擔(dān)，并最大程度減少對生產(chǎn)數(shù)據(jù)訪問的影響。
針對這種情況，統(tǒng)計周期和分層操作的頻率就顯得不太重要了，因為絕大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境都不會在較短時間內(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/寫性能的同時提高閃存利用率。
✎本項評分SSD緩存：5分一般自動分層存儲：3分戴爾SC Data Progression：4分
5.區(qū)別對待最大發(fā)揮SLC/MLC/TLC閃存價值如果是同時支持讀和寫加速的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)作小容量日志來使用，更多目的是用來做緩存掉電保護。
絕大多數(shù)自動分層存儲技術(shù)，不會對SLC和MLC閃存做區(qū)別對待，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“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實做閃存優(yōu)化的廠商，是業(yè)界唯一一個做SLC、eMLC分層，現(xiàn)在又第一個把TLC融入到存儲介質(zhì)中。就像我們在前文中介紹的那樣，寫密集型(SLC)SSD中的數(shù)據(jù)會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，同時提供良好的性價比。
✎本項評分SSD緩存：3.5分一般自動分層存儲：3分戴爾SC Data Progression：5分
6.貼近計算服務(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)器和存儲端使用多級閃存是個需要仔細規(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陣列之間就有一個聯(lián)動機制，當(dāng)后端創(chuàng)建快照時會觸發(fā)服務(wù)器閃存中的寫緩存數(shù)據(jù)刷新到陣列，以保證與主機端應(yīng)用的一致性。需要注意的是，下面的評分并沒有將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)戴爾流動數(shù)據(jù)的理念，底層是無所謂各種存儲介質(zhì)，確保數(shù)據(jù)可以無縫流動，不論是SLC、 eMLC、TLC閃存，15K、7200RPM硬盤甚至未來的各種介質(zhì)，底層完全虛擬化包容。上層還可以通過Live Volume、Fluid Cache實現(xiàn)跨越存儲，和跨越存儲-網(wǎng)絡(luò)-服務(wù)器的數(shù)據(jù)流動才是戴爾的真諦。
✎本項評分SSD緩存：3分一般自動分層存儲：3分戴爾SC Data Progression：4分
7.智者千慮必有一失?任何的自動化策略總有不適用的時候。比如每月固定1天結(jié)算，某個LUN需要最高的性能。這時，主流廠商的自動分層存儲大多提供了手動和計劃遷移的支持。
相比之下，SSD緩存在這方面就無能為力了，用戶基本上無法干預(yù)。
✎加分一般自動分層存儲：+2分戴爾SC Data Progression：+2分
✎綜合上述評分，結(jié)果如下：SSD緩存：23.5分一般自動分層存儲：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，今后再遇到自動分層存儲和SSD緩存的選擇時，還會再猶豫嗎?
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✎.第二期：多方位全面保護數(shù)據(jù)庫
✎.第三期：原生4KB扇區(qū)硬盤為何推進緩慢
