存储的未来,混合存储的利用

来源: 作者:2017年10月17日 15:32
  随着互联网的发展,数据还在不断地大批量增加,数据储存面临这巨大的挑战,如何有效地存储和检索他们管理的设施所收集、创建的大量信息,迫使存储环境必须充分利用旋转式磁盘和闪存技术的优势。   数十年来,企业数据中心的管理人员们都面临着必须不断的努力,以便有效地存储和检索他们管理的设施所收集、创建的大量信息,进而更好的服务于用户的挑战。能够以快速且最具成本效益的方式存储和检索数据是成功的数据中心运营的关键。但是,随着企业组织所存储和检索的数据量以指数级的速率不断增长,这方面的挑战变得更加的棘手    存储的未来,混合存储的利用   传统上,IT企业往往是通过简单地根据需要添置服务器、存储和网络资源来处理越来越多的数据。然而,鉴于企业当前的所收集的数据量正在以每年40%至60%的速率疯狂增长,其管理压力越来越大,同时也更为复杂。虽然曾经的太字节(TB: Terabyte)是这一行的管理规则,而且现在的拍字节(PB: Petabyte)的数据似乎超出了人们的理解力,但是我们当下正处在一个哪怕任何一个小角落的环境都可能存在艾字节(EB: Exabyte)数据的时代。   好消息是,传统的旋转硬盘驱动器技术和固态存储(通常称为闪存存储)的改进——且如果在正确部署的情况下,就有助于大大缓解上文所述的其中一些问题。   这两种存储方法以各种方式相互补充。因此,许多企业的数据中心纷纷都在积极的部署这两种存储方法,以创建混合的存储环境。硬盘驱动器提供了大量的存储能力,但较之闪存存储,其传输数据的速度则要慢得多。固态存储提供了一流的性能,以及卓越的能源效率,但这往往是以高昂的成本为代价的。   故而企业数据中心存储管理员的关键工作便是要恰当的部署每种类型的存储技术,以尽量实现每种类型的存储技术的最佳运行。而存储领域的最新改进,再加上数据传输技术的变化,可以使得当下企业数据中心的运行效率比以往任何时候都更高。   来自StorageIO公司的高级咨询顾问分析师雷格·舒尔茨(Greg Schulz)表示说:“在数据中心,几乎所有方方面面的共同的主题便是混合存储。”他已经在多个行业从事存储技术的研究有十多年了。 “正是数据中心业界当下所运行的这类技术,使得数据中心具备了灵活性、适应性和可扩展性。”   根据舒尔茨的介绍,传统硬盘技术和闪存技术的进步正在创造出一些非常灵活和强大的混合存储模型。

  硬盘技术的进步

  传统的硬盘驱动器的历史几乎和计算机本身的历史一样长,但技术仍然在不断的发展。舒尔茨表示说:“我们看到:硬盘驱动器的整体容量有所增加,这降低了每个容量的成本,同时带来了存储更大数据量的能力。”   在过去,通过简单地增加驱动器的旋转速度——以每分钟的转数(rpm)来测量——以达到传统的磁盘性能的提升。硬盘是以较低的rpms开始的,并逐步增加到了7200转/分、10000转/分甚至15000转/分。   但是,基于旋转速度的增益已经停止了。并且,由于驱动器的物理组成的因素,也可能不会变得更高了。任何超过15,000 rpm的速度都会导致驱动器内的胶面因自己分开而出现故障失败。然而,这在性能方面可能不再重要。   事实上,硬盘驱动器技术与旋转速度一起实现最大化的神话根本不是真的,即使它们以15,000 rpm的速度推出。“旋转速度并不完全相同等同于性能,” 舒尔茨说。 “固件、优化、高速缓存和程序逻辑也有进步,这些都可以让数据的读取比之前更好。今天所使用的这些先进的典型的10,000 rpm驱动速度比几年前的15K旋转驱动器快三倍。”   一家主要制造各种基于磁盘的技术的存储供应商Idealstor公司的首席技术官Nandan Arora表示说:“旋转驱动器不会很快就消失,因为数据量越来越大,而且企业组织有能力处理这些数据信息。旋转驱动器较之闪存的三大优势是成本、容量和长时间强力使用的能力——基本上是在于其强大的可靠性。”   磁盘驱动器技术中最有意思的进步之一是将闪存添加到各种大小的旋转驱动器中。驱动器中的闪存组件可用于缓存和存储优化,而旋转磁盘可以处理存储。

  超级参数限制障碍

  数据中心管理人员们可能倾向于关注旋转磁盘存储性能的限制,但有些专家认为,我们还远未达到目前技术的界限。事实上,超级参数限制屏障这一硬盘驱动器的理论最大性能水平已经被设置和超过了很多次了。   StorageIO公司的高级咨询分析师格雷格·舒尔茨表示:“超级参数限制障碍就像一堵墙,传统的存储被认为应该绕不过去。我们曾经认为其应该在1990年代达到其限制,但在过去25年里,多次越过了这一限制。 例如,如果诸如转向垂直记录等新的记录方法和材料没有被开发出来,我们早在多年前就已经碰壁达到其限制了。”   而关于超级参数障碍限制的讨论开始再次出现,究其原因是因为每分钟的转速已经达到15,000转,因此如果没有在结构变得不稳定的情况下,传统磁盘的转速不会变得更快。因此,不再需要基于提高旋转速度的性能提升了。但舒尔茨说,其他技术仍然可以很容易地弥补这一局限性。   舒尔茨表示说:“硬盘技术正在改进,新的技术提供了更大的块规模大小,更大的缓存和优化,以及诸如叠瓦式磁记录(Shingled MagneTIc Recording, SMR)技术的增强。 “今天,较之几年前的旋转速度较慢的硬盘的性能却要更优。很快,就会变得在任何时候都已经没有了打破壁垒的危险了。”    存储的未来,混合存储的利用    存储的未来,混合存储的利用   上图:您企业当前是否在使用固态存储?

  闪存技术的大热

  闪存存储正在迅速发展,企业客户的存储策略也在随之发生变化。近年来,闪电的容量急剧增加,推动了该技术从诸如笔记本电脑等小规模的部署转变为主流企业运营环境和数据中心的部署。闪存驱动器,具有高达16 TB的存储容量,在今天已经变得普遍可用,而且未来还会有更大的应用前景。   随着容量能力的增长,闪存变得越来越可靠。由于诸如三阶储存单元(Triple-Level Cell,TLC)和3D NAND存储器等技术的发展,其所占用的空间还变得更小。TLC使用每个单元的多个电平以允许使用相同数量的晶体管存储更多信息,从而增加总体容量。通过采用由英特尔和美光共同开发的3D NAND技术,数据层以非常精确的精度垂直堆叠在闪存存储单元上,创造出比其他数据堆叠技术更大容量的存储设备。其在提供这种能力的同时,占用比其他存储技术少得多的空间和更少的功率。   新的技术还通过使用浮动门使得闪存更加可靠,使得驱动器更均匀地磨损。舒尔茨说:“人们认为闪存没有移动部件。但是,有一些门在微米级移动,它们会随着时间的推移而磨损。”   尽管供应厂商在闪存技术方面取得了进步,但其在容量方面仍然落后于传统的存储,这一点使得企业数据中心完全使用闪存存储变得成本代价昂贵且效率低下。 “如果您企业可以在数据中心部署全闪存,那么一切问题都迎刃而解了,但是,这样做的前提是你企业最好有一个强大的资金预算。” 舒尔茨表示说: “相比之下,在恰当的地方部署了一点闪存可以走更长的路。”   Idealstor公司正在将混合模式投入生产,并发布了其全新的超融合系统,这是一种混合存储阵列,也可以融入虚拟化和软件定义存储,为中小企业市场服务。该公司相信,该系统的性能优势也有助于其进军企业数据中心。   “超融合系统同时使用闪存和旋转盘都能获得很好的性能表现和经济效益,这对于那些希望打造其私有云的企业组织来说是完美的解决方案。”Arora说。 “写入过程一般较慢,所以我们把所有东西都写入手闪存,然后系统将其移动到旋转盘上的长期存储。”

  迁移数据

  除了存储介质本身之外,数据中心还必须应对将数据从各种驱动器快速传输到所需求的用户的问题。许多数据中心最初集中在光纤通道上进行这些连接,但其他技术,如InfiniBand架构和快速以太网中还正在部署中。   光纤通道最初提供每秒2吉比特的数据传输速率,其速度已经提高到16Gbps,而在未来几年,32Gbps的光纤通道可能会变得更加普遍。然而,大多数InfiniBand架构都是始于40Gbps的速度,以太网的规格从10到100Gbps不等。   适配器确实存在以帮助将光纤通道与更快的架构相结合,但是大多数专家认为,网络最终将切换到具有更高的最高速度并且通常与现代设备更加兼容的以太网或者InfiniBand架构中。舒尔茨说:“我认为,在接下来的十年左右,我们仍然会看到很多光纤通道,尽管它将被越来越少地使用。许多数据中心的规模是如此之大,因此改变成别的选项会是一项浩大的工程,他们只能在五到十年的时间里做一些事情。”

  存储的未来

  许多专家认为,混合存储模式至少可能在未来十年继续保持流行。除了发布一些新的存储技术外,混合存储将在可预见的未来继续大行其道。   已经发生的一个重大变化是许多企业的数据中心正在部署基于云的存储。但即使是这样,也可能只是混合存储的另一个机会,因为很多云存储也在变得混合。   思科系统云计算和虚拟化业务部高级副总裁兼总经理Gee Rittenhouse表示说:“混合云将变得非常重要,因为企业可以借此来保护私有数据,然后还能享有公共云服务的可扩展性。这将确保混合云将继续与分布式公共云一起增长,这也将推动其自身的不断扩大和扩展。”   无论云服务或应用程序的类型是怎样的,混合存储解决方案和产品将在未来几年内继续提供灵活性和经济性的平衡来支持它们。

  IOPS和可扩展性在混合云中的结合

  数据中心良好的混合存储系统的秘诀就在于传统的旋转磁盘和闪存驱动器在其最佳的性能状态下实现有效的使用。闪存驱动器最适用于提供每秒大量的输入输出操作(IOPS),而传统的驱动器可以横向扩展,提供几乎无限的容量。   一款驱动器的IOPS等同于在用户查询被延迟,以等待其前面的信息被清除之前,每秒可以访问信息的次数。最快的旋转磁盘驱动器可以提供180到200的IOPS。与典型的可以提供从3,000到3,500的 IOPS的闪存驱动器相比,传统的磁盘跟不上。但是在混合系统中,它们不需要。 相反,闪存处理写请求,这通常涉及较慢的进程。 混合系统将数据存储在闪存中,然后最终将其移动到传统驱动器,而较慢的驱动器可以经济有效地提供大量数据中心的存储需求。   传统的驱动器通常为读请求提供有效的性能,这需要更少的时间。混合设备这样的设计使得两种存储类型可以无缝协同工作,进而可以使得这两种存储类型均能够达到最佳的效果。   一家专注于存储问题的咨询公司Taneja集团的创始人兼咨询分析师Arun Taneja表示说:“当一款混合系统从零开始,建成使用闪存并实现最佳工作效果时,通常在总容量的10%左右,效果非常的好。采用这种方式,几乎可以解决任何问题。”
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