高性能低能耗，浪潮信息集中式存儲全閃平臺揭秘

浪潮信息

2023-08-03 14:21 4643

北京2023年8月3日 /美通社/ -- 當前，伴隨千行百業的數字化轉型，由服務器、存儲、網絡等組成的數據中心，作為支撐數字化轉型的基礎，迎來高速發展。關于存儲，NAND全閃介質的SSD固態硬盤因其高性能、高可靠、低能耗的特點，可滿足人們對更快速、更安全、更綠色的存儲需求，且隨著Flash顆粒單位容量成本不斷降低，SSD固態硬盤正在加速替代磁介質的HDD機械硬盤成為市場主流存儲介質。

如何應用好更強性能的SSD硬盤，卻并非易事

首先，在SSD硬盤高性能下，以往面向磁盤設計的傳統存儲操作系統的時延，在整體IO時延占比達到90%以上，存儲系統性能瓶頸已經從后端硬盤轉移到存儲軟件棧，SSD硬盤的性能無法充分展現。其次，由于NAND Flash顆粒具有需要將數據先擦除后寫入的特點，而NAND Flash顆粒的可擦寫次數有限，導致SSD硬盤的壽命受其限制，且隨著NAND Flash顆粒容量密度的增加，擦寫次數越來越少（如MLC和TLC介質的可擦寫次數相差約5倍）。另外，雖然Flash顆粒單位容量成本不斷降低，但SSD硬盤的容量成本仍然比HDD硬盤高。

如何充分發揮出SSD硬盤的性能優勢、高效利用擦寫次數以保證其壽命、降低單位有效容量的成本，與SSD硬盤相適應的存儲全閃軟件棧成為解決這些問題的關鍵所在。浪潮信息面向閃存介質創新設計的集中式存儲全閃棧，通過ROW追加寫、全局垃圾回收算法、盤控協同等技術，釋放SSD介質性能，創新加速存儲業務增長。

性能和壽命兼得

ROW (Redirect on write)追加寫

浪潮信息集中式存儲全閃棧采用ROW (Redirect on write)追加寫的方式，每次寫IO都重新分配空間，并將隨機小塊IO湊成大塊IO，達到滿足RAID滿條帶寫的條件后落盤，這樣就避免了RAID寫流程中的讀懲罰，并降低了寫懲罰，即降低校驗數據更新頻率，從而簡化和縮短了數據寫流程，提高了IO執行效率，有利于數據寫請求快速下發至SSD硬盤，發揮SSD的性能，縮短IO時延。同時也降低了寫入SSD硬盤的總數據量和IO總數量，減少SSD硬盤的擦寫次數，保證其壽命。

RAID滿條帶寫的方式，也解決了RAID各盤上數據寫入量和寫入頻率不均衡導致的熱點問題，從而避免熱點盤頻繁擦寫甚至擦寫次數快速耗盡，保證SSD硬盤的壽命；也避免熱點盤上IO壓力變大、IO時延變長，成為性能的瓶頸盤風險，有利于存儲系統的性能發揮。

ROW追加寫

全局垃圾回收

ROW追加寫產生的老數據（即垃圾數據）所占用的空間需要被回收用以保存新寫的數據。對于不全是垃圾數據的空間，需要將其中的有效數據進行遷移，并修改對應的元數據，這就意味著要盡量減少垃圾回收過程中搬遷的數據量。同時需要盡量搬遷較冷的數據（短時間內成為垃圾數據概率低的數據），避免搬遷的數據在短時間內變為垃圾數據，提高遷移操作的價值。另外，相同冷熱程度的數據，較短時間間隔內都發生更新從而變為垃圾數據的概率較大，相應的保存這些數據的空間內的無效率數據就會更多，意味著需要搬遷的數據更少，有利于垃圾回收高效的回收空間。

浪潮信息集中式存儲全閃棧采用創新的全局垃圾回收算法，全局實時監測已用單位空間中的無效數據含量、有效數據權重（冷熱程度等），全局查找無效數據更多、有效數據更冷的空間進行回收，減少空間回收時的搬遷數據量，降低遷移數據短時間變為垃圾數據的概率。同時，根據數據冷熱程度預判，將元數據、新寫的數據和GC搬遷的數據區分存放，從而提高垃圾回收效率，降低對系統性能和SSD硬盤壽命的影響。

盤控協同

浪潮信息集中式存儲全閃棧利用SSD硬盤提供的多流技術，下發IO時也將這些數據的冷熱分類標記下發至SSD硬盤，SSD硬盤將不同分類的數據分區存放，提高硬盤內垃圾回收的效率，降低盤內NAND的擦寫磨損，延長其壽命，并保障其性能。

支持前后端UNMAP功能

前端UNMAP功能配合主機軟件，全閃棧將主機軟件UNMAP區域的數據標記為無效數據，相應空間可以被回收，既提高空間有效利用率，又提高全閃棧的全局垃圾回收效率。同時，全閃棧全局垃圾回收功能回收空間時，利用后端UNMAP功能，配合SSD硬盤通知它相應區域的數據無效，從而增加SSD硬盤內無效數據量，減少SSD硬盤內垃圾回收的搬遷數據量，提高SSD硬盤垃圾回收的效率。

元數據管理

ROW追加寫、全局垃圾回收和重刪、UNMAP等特性，在實際業務中，觸發元數據隨時隨刻被訪問和發生變化，全閃存儲系統性能的發揮需要高效的元數據管理系統的支撐。浪潮信息集中式存儲全閃棧通過元數據讀寫緩存，結合log、B+樹和hash表的組織方式和智能管理算法，提高元數據查找和更新的效率，保證IO在軟件棧中的執行效率，充分發揮后端SSD硬盤的性能。

智能資源調度

浪潮信息集中式存儲全閃棧中創新的智能資源調度技術，對IO任務中內聚性高的業務進行分組，并跟CPU分組進行親和性綁定，減少不同業務之間的影響，提高各業務執行效率，更充分有效的利用CPU資源，發揮軟件棧的能力，將業務壓力更及時的下發到SSD硬盤，充分發揮SSD硬盤的性能優勢。

性價比和能效比之選

浪潮信息集中式存儲全閃棧支持全局重刪、字節級硬件壓縮、數據拼接、模式數據識別等數據縮減功能，數據縮減比可達5:1，以更低的價格和能耗提供更高的單位有效容量。通過智能感知業務壓力自適應調節數據縮減算法，達到數據縮減功能開啟后對性能影響小于20%。

近年來，浪潮信息基于存儲即平臺戰略，圍繞客戶應用需求變化，打造集中式和分布式全閃存儲兩大平臺型產品。同時推出具有單端口和雙端口兩種形態的新一代SSD高速存儲介質，并支持全路徑端到端保護和國內外加密算法，使數據更持久可靠，通過多檔精細功耗調節實現能耗比提升15%~37%，通過極致可靠設計提升故障后數據恢復率，進一步保障數據安全，實現數據永不丟失。