浅谈ZFS Hybrid Storage Pools

浅谈ZFS Hybrid Storage Pools

 

被称作“史上最后一个文件系统”的ZFS，作为Solaris 10和OpenSolaris的新特性引进后，吸引了开源社区里无数人的关注，Linux之父Linus Torvalds公开表示对Solaris软件的ZFS（Zettabyte文件系统）特别感兴趣,苹果公司也宣称Mac OSX采用ZFS文件系统。从OpenSolaris 2008.05发布版开始，SUN在ZFS中引进了对Intel® High-Performance Solid State Drives (SSDs)的支持，提供混合存储池（Hybrid Storage Pools），本文将对此进行介绍。

1. 什么是SSD？

SSD即固态硬盘(solid state disk)，SSD由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。闪存设备记忆数据不需要电源，而且读写数据的速度非常快，就像 DRAM一样。随着全球电价上涨，以及海量数据存取速度的需求，SSD越来越被看好。

以下是SSD、HDD的存取速度、单位造价和耗电量的对比，IOPS 即Input/Output Operations PerSecond。

SSD：7000 write IOPS, 35000 read IOPS, $2/GB ,15-20w

HDD：180 write IOPS, 320 read IOPS ,$30/GB,2.5w

2. 改进存储系统的动机

计算机系统设计的黄金法则——加快经常性事件(make the common case fast)，道理十分明显，使经常性事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能。遵循大师们提出的这一准则，RISC、RAID等大批技术横空出世。前辈们屡试不爽的准则，在ZFS的创新过程中，又一次得到成功验证。

随着多核技术的发展，特别是服务器端多核技术的广泛应用，磁盘存取速度的增长远远跟不上处理器处理速度的增长，整个系统的性能越来越拖累于慢速的磁盘。同时服务器端海里数据存取，产生的大量磁盘操作已经成了经常性事件。磁盘访问已经成为系统的瓶颈，而且数据中心大量磁盘产生的电费也是一笔不菲的成本。


SUN的ZFS+SSD解决方案

解决上述问题有以下一些方案

增加内存缓存一些数据来提高数据存取性能，但是存储容量的增长速度远高于内存容量的增长，并且代价十分高昂。

利用闪存比DRAM便宜且存取速度相当，将闪存设备作为另一层级的存储器引进数据中心。但这会出现转换成本或操作成本，使数据中心产生新的成本开支，面临新的管理纷争。

可见以上方案均不是很合理，那么如何实现高性能、低能耗、对用户和操作者透明的解决方案呢？答案就是SUN ZFS+SSD混合存储池。

使用少量高速SSD作为内存与磁盘的缓存，将经常使用的数据放到快速的缓存，加快了访问速度，同时保留了HDD的大容量存储能力。同时ZFS对SSD进行了无缝整合，可以把SSD作为文件系统的二级缓存(L2 ARC)以及ZIL(ZFS Intent Log)，自动优化系统充分利用快速SSD提供系统读写吞吐率。


ZFS+SSD的体系结构

(1).Read/Write Cache Pool:ZFS利用主存和SSD作为自动伸缩缓存(Adaptive Replacement Cache)，并能检测访问模式

(2).ZIL(ZFS Intent Log) Pool：ZFS一般使用NVRAM，SSD(Solid State Disk)作为 ZIL存储池。ZFS是事务型文件系统，对于同步写操作，ZFS为系统中每一个ZFS文件系统维护一个ZIL。同步写操作的数据会先写入ZIL，并且会把磁盘的write cache的数据同步到磁盘上，然后应用的写操作返回。当文件提交命令发生时，ZFS会把ZIL里该文件的数据同步到磁盘上。

(3).DISK Pool：ZFS利用disk pool为文件系统自动分配HDD空间

3. 总结

ZFS文件系统是对传统文件系统的一次革命性的创新设计，ZFS解决了文件系统的完整性、安全性和可伸缩性以及管理困难等重要难题。ZFS文件系统是世界上第一个128位的文件系统，其存储容量和文件数量几乎只受硬件的限制，增加了混合存储池后ZFS功能将更强大，心动了吧，赶紧去装个 OpenSolaris体验下吧！