如何利用固态硬盘技术创建Tier 0存储

   许多公司开始在高性能存储层——Tier 0中采用固态硬盘（SSD）技术。

　　Tier 1存储，也称生产存储，是存储生产数据的首选方案。开发Tier 2及低层存储是为了处理不太重要的数据，或者对性能要求不如Tier 1严格的数据。

　　目前，又出现了一种新型存储层：Tier 0。Tier 0是一种固态存储器存储，在Tier 1的基础上提高性能。过去，Tier 0的存储形式为RAM磁盘，价格不菲。实际上，为了降低RAM磁盘的较高成本，你不仅需要确保由存储引起的性能问题，还应该说明在RAM磁盘上的投资能得到回报。

　　但是，目前这种情况已经发生了变化。固态硬盘成本降低，数据中心可以更加容易地采用SSD技术。尽管SSD成本降低，吸引力增强，但公司还是会首先考虑性能问题，然后才决定是否选择SSD技术。
　　要创建Tier 0存储，首先应明确需要存储哪些数据。

　　要与4U SSD匹配的性能需要巨大、昂贵的磁盘阵列。以及大型磁盘LUN对多个硬盘分条。根据常理，简单才能胜出。4U SSD简单实用，大型磁盘阵列采用驱动器安装，复杂繁琐，两者之间，大多数用户都会选择SSD。

　　SSD有两种形式：基于RAM的系统和基于闪存存储器的系统。闪存存储器正在改变SSD。尽管闪存的性能不如RAM系统，但是相比传统的磁盘阵列——即使是高性能阵列，速度明显加快，从而成为某些数据中心的完美解决方案。

　　基于RAM的系统价格比闪存要贵。例如，目前闪存SSD的容量购买点通常为2TB。2TB的闪存存储器通常需要19万美元。基于RAM的SSD容量通常为128GB，需要7万美元。如果购入2TB的RAM SSD，费用将超过100万美元。

　　目前，闪存SSD的销售量超过RAM SSD（从总容量上讲），不过RAM SSD系统的销售量也在增长。如果你需要RAM SSD，可以调整额外的开支。

　　与闪存SSD系统不同的是，RAM系统对写入的数据量没什么要求。闪存系统能处理的写入数据量有一个理论限制值。另外，闪存系统无法提供和RAM系统相同的写操作性能。

　　因此，如果文件非常活跃，I/O写操作频繁，具有恢复日志和撤销片段，那么RAM系统就是不错的选择。如果在数据库环境中，恢复日志和撤销片段影响了当前磁盘的I/O性能，此时利用RAM就能迅速提高I/O性能，实现投资回报。

 

怎么创建Tier 0

　　创建Tier 0的第一步是明确需要存储哪些数据。采用RAM系统后，这些应用程序的I/O读操作事务性能较高。在这些应用程序中，某些特定文件处于“炽热”状态，也就是说，这些文件非常活跃，需要的I/O高于磁盘子系统所能提供的I/O。

　　我们回头看看前面的情况，即数据库的恢复日志和撤销片段安置在RAM磁盘中。有三种可行的解决方案：升级为更快（更贵）的磁盘阵列；在阵列中更多的硬盘间传播数据（只是你更容易遭受双硬盘故障的情况）；购买SSD。这些应用程序的I/O读操作性能很高，与闪存存储器相比，非常适合采用RAM系统。安装RAM SSD的另外一个优势为延迟期很低。虽然许多应用程序同时具备低延迟、高IOPS的特性，但是相对而言，延迟期比IOPS的顶峰绝对数量更加重要。

　　在闪存系统中工作良好的数据往往来自读操作密集型的应用程序，至少是读操作比较频繁的程序。闪存系统如果具有足够的RAM缓存，就能支持大量的读操作，也就意味着其适用的应用程序对磁盘I/O要求较高，但是无法判断个人文件，如数据仓库等。

　　相比RAM系统，闪存系统容量大、能耗低。由于闪存SSD可用容量较大，因此能将整个数据库系统迁移到SSD中。
　　保护Tier 0

　　如何保护这种新型的Tier 0？毕竟，Tier 0是一种存储器。通常，闪存在模块中捆绑出售，而模块分布在阵列组里，其中一个模块作为奇偶校验硬盘。这样就能有效构建RAID 3保护策略。同样，与USB驱动器中的存储器类似，闪存硬盘维护存储数据不需要消耗能源。

　　RAM硬盘时刻需要能源，数据保护成为最重要的问题。一些RAM系统采用电池备份方式，具有内置硬盘，万一系统由于人为原因或缺电原因被关闭，也能存储数据。在没电的时候，RAM硬盘电池能够供系统运行，同时将数据复制到硬盘中，以防电池耗尽了，电力还没有恢复。

　　基于RAM的SSD还采用纠错存储器（ECC）技术和IBM的Chipkill 技术。（惠普公司也提供相似技术，称为Chipspare）。这些技术都提供先进的纠错和改错技术，保护计算机的存储系统免受存储晶片故障的影响，以及存储片端口多位故障的影响。

　　例如，Chipkill技术通过在多个存储晶片中分散ECC位数，实现纠错功能；这样，一片存储晶片发生故障，只会影响一位ECC。因此，即使一片晶片完全发生故障，系统也能重建存储内容。

　　Chipkill技术结合了动态位迁移技术，因此如果晶片发生故障（或超过位错误的临界值），闲置的存储晶片就可以替代故障晶片。这种理念与 RAID的理念相似，能够保护磁盘故障，只不过现在是将理念运用到单个的存储器晶片中。20世纪90年代，IBM公司开发Chipkill技术时，主要针对主框架和高端Unix系统，但是Chipkill技术现在主要在SSD中使用。IBM公司对Chipkill技术影响的研究表明，Chipkill能使存储器系统中数据丢失的概率降低两个数量级。

 

基于RAM的系统：是绿色环保吗？

　　基于RAM的系统绿色环保吗？如果比较每TB容量消耗的电量，那答案就是否定的，但现实中并非这么比较。一直以来，如果应用程序的磁盘I/O性能不佳，都是通过创建LUN，部署高性能硬盘，以提高性能。阵列中硬盘越多，磁盘的I/O速度越快。这些额外的硬盘需要更多能耗，尤其是采用非虚拟化存储技术时，非虚拟化环境中的大量磁盘容量得不到利用。为了提高速度，用户不得不牺牲容量利用率。

　　SSD无需额外的硬盘，而是在硬盘之外提高速度。因而需要的硬盘数量较少，能源消耗速率也就较低。
　　可能实现的性能

　　通常，硬盘驱动器的读写操作速率会4-5msec，随机I/O约为每秒150-300次。基于RAM的SSD读写操作速率为.015 msec，I/O约为每秒400,000次。基于闪存的SSD读操作速率为0.2 msec，写操作速度为2-msec。I/O性能为随机读操作每秒100,000次，写操作每秒25,000次。

　　Texas Memory Systems公司已经开发出能缓存的闪存SSD。公司采用基于RAM的缓存技术，传输相同的性能给RAM SSD，效果也很好。

　　除了Texas Memory Systems等在SSD市场中处于领先地位的公司， EMC、Sun、NetApp和Hitachi数据系统公司等存储阵列生产商也开始参与SSD，试图满足快速市场快速增长的需求。例如，NetApp和 HDS公司有望在今年发布SSD解决方案。