在過去幾年里，主流企業(yè)已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)生產(chǎn)速度更快、延遲更少的NAND閃存，但是一些廠商賣給消費的產(chǎn)品仍有一些限制，以致于無法發(fā)揮閃存的全部性能。

傳統(tǒng)的磁盤陣列將數(shù)據(jù)存放在離CPU較遠的集成了NAND閃存的固態(tài)硬盤上，但卻使用的是一個過時的存儲控制器。無論NAND閃存的速度有多快，都要受這一數(shù)據(jù)傳輸過程的局限，以致于應(yīng)用程序的實際吞吐量只有小的改進。

讓我們退后一步，分析一下磁盤存儲的弊端，傳統(tǒng)架構(gòu)使用閃存的缺陷，以及如何發(fā)揮NAND的最大性能。

傳統(tǒng)外部存儲系統(tǒng)的性能瓶頸

與CPU相比，磁盤的速度局限是眾所周知的，但很少有人知道，IT管理員在配置磁盤以發(fā)揮其最大性能的痛苦。這包括購買昂貴的FC磁盤以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如每塊磁盤只使用一部分以提高性能，這就意味著大量的閑置容量將隨磁盤堆棧的增加而增加，并且管理員還要花費更多精力去檢測故障(這還不包括空間、電力以及散熱所增加的成本)。

即便是有這些技巧，但由于外部磁盤存儲系統(tǒng)與CPU之間的距離，磁盤通常很難達到滿足其所需的性能水平。當(dāng)CPU與內(nèi)存以微秒的速度運行時，卻是以毫秒的速度訪問基于磁盤的外部存儲系統(tǒng)，這之間是一千倍的差距。即使磁盤陣列可以快速地存取數(shù)據(jù)，但從CPU獲得數(shù)據(jù)卻有很長的延遲，以致于CPU要花費大量的時間等待數(shù)據(jù)。這就給應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的性能發(fā)揮帶來了影響。

圖1：應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫與磁盤陣列所引發(fā)的延遲

傳統(tǒng)應(yīng)用模式下閃存性能瓶頸

如果你只是將閃存當(dāng)一種新的媒質(zhì)，如同磁帶和磁盤一樣的媒質(zhì)，如果在應(yīng)用過程中當(dāng)作之前媒質(zhì)的使用方式，那么實際上存儲技術(shù)就只是前進了一小步。

閃存本身消除了傳統(tǒng)磁盤由于緩慢旋轉(zhuǎn)所造成的部分延遲，但卻并沒有解決從CPU獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)過程所造成的延遲。

使用錯誤的存儲通道將關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)存儲在遠離服務(wù)器CPU的閃存陣列中，導(dǎo)致應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫請求超時。

這樣只能達到很小的性能增益效果，除了要采購更多的硬件之外，企業(yè)還必須增加復(fù)雜和昂貴的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，包括主機總線適配器、交換機和單片陣列。

最為重要的是，這些架構(gòu)仍沿用的是傳統(tǒng)的存儲架構(gòu)，還有RAID、SATA/SAS控制器-所有已優(yōu)化的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)磁盤，但沒有NAND閃存芯片。.

圖2顯示的是傳統(tǒng)的存儲層。

全新的PCIe接口將讓閃存發(fā)揮巨大潛力

越來越多的固態(tài)硬盤供應(yīng)商已經(jīng)認識到這點，實現(xiàn)SSD性能提高的關(guān)鍵因素是將閃存靠近CPU。他們正研發(fā)使用主機PCIe端口的設(shè)備，以消除目前翻譯層的局限。

然而，現(xiàn)在一些設(shè)備的基礎(chǔ)性能是通過將閃存放置在最初是為磁盤設(shè)計的SATA或SAS控制器下所獲得的，這些協(xié)議和數(shù)據(jù)處理機制，并不適用于閃存，也沒有對閃存做任何的優(yōu)化，這就好像把一臺高性能的汽車引擎安裝在一輛已經(jīng)有25個年頭的老爺車上。

同樣的事情還發(fā)生在RAID控制器上，其最初的設(shè)計目的是為了聚合多個磁盤的性能，以避免單個磁盤故障所造成的數(shù)據(jù)丟失。對于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)媒質(zhì)而言，RAID機制性能優(yōu)越。但是，但這些機制并不能與NAND閃存相適應(yīng)，因為其造成了太多的延遲。

最好的方法就是將閃存放置在服務(wù)器內(nèi)部，并采用PCIe接入，拋開傳統(tǒng)的存儲技術(shù)，使用一個新的、劃時代的架構(gòu)以給NAND閃存和主機內(nèi)存提供一個最直接、最方便以及最低延遲的通道。

請記住，CPU從來沒有從存儲系統(tǒng)中讀取任何數(shù)據(jù)，這一切都必須首先通過系統(tǒng)內(nèi)存。在一過程中，主機PCIe閃存設(shè)備像磁盤一樣存儲應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，但實際上，它們通過直接內(nèi)存訪問或DMA向系統(tǒng)內(nèi)存提供數(shù)據(jù)。這樣能有效保證數(shù)據(jù)存儲與CPU處理處于最低延遲狀態(tài)。

通過讓服務(wù)器CPU不受限制地訪問閃存，主機PCIe可將應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的性能提升10倍以上。這種方法和其他固態(tài)產(chǎn)品之間最大的區(qū)別是明顯改善了應(yīng)用程序的吞吐量，而不只是媒質(zhì)本身的性能。沒有傳統(tǒng)存儲協(xié)議的服務(wù)器數(shù)據(jù)位置將使應(yīng)用程序能夠充分利用服務(wù)器的CPU，而不是強迫它們等待服務(wù)器的訪問速度。如圖3所示。

圖3：主機PCIe NAND閃存給應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫提供更低的延遲

將閃存作為磁盤或高速緩存

主機PCIe NAND閃存設(shè)備可用作磁盤驅(qū)動器或高速緩存設(shè)備。與傳統(tǒng)的基于磁盤的系統(tǒng)相比，都有明顯的性能優(yōu)勢。

在磁盤模式下，NAND閃存PCIe設(shè)備可像傳統(tǒng)磁盤一樣存儲數(shù)據(jù)，這是將整個數(shù)據(jù)集放置在一個或多個PCIe設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫的最佳選擇。NAND閃存PCIe設(shè)備可以聚合主機操作系統(tǒng)軟件或內(nèi)置卷管理功能，如Oracle的自動存儲管理(ASM)。NAND閃存PCIe設(shè)備也可作為本地的大容量存儲空間使用，其可在單個服務(wù)器內(nèi)存儲超過10TB的數(shù)據(jù)，充足的容量幾乎涵蓋了大部分市場。即使整個數(shù)據(jù)集不能存儲在閃存中，大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫允許將諸如索引或“熱”數(shù)據(jù)之類的活躍文件以手動的方式放置在一個特定的位置進行存儲。

在緩存模式下，PCIe NAND閃存可在不改變現(xiàn)有的外部存儲基礎(chǔ)設(shè)施前提下，緩存頻繁存取的數(shù)據(jù)。對已部署的基于子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護和恢復(fù)機制而言，這是最適合的選擇。

緩存每個服務(wù)器內(nèi)的本地頻繁存取數(shù)據(jù)以保證活躍數(shù)據(jù)的最大性能，并同時保留現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲。這種組合對于I/O密集型裸機或虛擬環(huán)境應(yīng)用來說，是最佳選擇。在許多情況下，虛擬環(huán)境常常遭遇I/O性能不足，或者以極高的成本才能獲得高I/O。在PCIe設(shè)備上緩存虛擬機頻繁訪問的數(shù)據(jù)可以緩解這種痛苦。

閃存技術(shù)為提升企業(yè)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫速度帶來了很多的好處。但如果只是將閃存當(dāng)作一種新的磁盤驅(qū)動器的話，企業(yè)將不能發(fā)揮其潛在的性能。采用主機PCIe的方式，放棄傳統(tǒng)的存儲協(xié)議和關(guān)鍵位置過程數(shù)據(jù)以更貼近CPU，以最大限度減少延遲，實現(xiàn)閃存對企業(yè)的承諾。

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