眾所周知，十年間CPU速度增長了10倍，內(nèi)存性能增長了8倍,網(wǎng)絡(luò)帶寬速率更是大幅提升了100倍,對比硬盤I/O系統(tǒng)的性能幾乎是原地踏步，處理器和硬盤之間的差距被越拉越大。為了追求整體性能的平衡，不得不通過磁盤并行化來提升I/O的性能，由此造就了外部存儲市場，也就是磁盤陣列市場的繁榮。實際上，很多行業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，如在線交易的數(shù)據(jù)量并不大，在100TB左右，但卻為此不得不購買成千上萬塊磁盤，就是為了彌補I/O性能的不足。如今隨著閃存介質(zhì)的應(yīng)用，情況有所緩解。

但閃存有沒有從根本上解決問題呢？同有NetStor NCS8000給出的答案是：要想充分發(fā)揮閃存的優(yōu)勢，在系統(tǒng)設(shè)計還要采取很多針對性的技術(shù)。

深度定制化

現(xiàn)有SSD固態(tài)盤設(shè)計，為了實現(xiàn)在同一個存儲系統(tǒng)內(nèi)與傳統(tǒng)磁盤(HDD)共存,不得不將閃存顆粒封裝在與硬盤相同的磁盤模塊內(nèi)部,再經(jīng)由SAS接口和SAS HBA連接到PCI-E總線上,雖然實現(xiàn)了HDD模塊與SSD模塊的通用,但付出了更多協(xié)議轉(zhuǎn)換及更多鏈路開銷的代價, 其性能,效率及延遲受到很大影響，難以發(fā)揮出閃存芯片應(yīng)有的性能。在數(shù)據(jù)保護方面，很多SSD固態(tài)盤并沒有提供基于閃存顆粒一級的數(shù)據(jù)保護措施，導致整個SSD盤可靠性不高，特別是隨著閃存顆粒磨損，壞塊逐步增加性，問題暴露會更加明顯。

針對目前市場存在的問題，同有NetStor NCS8000針對閃存采取了深度定制化的設(shè)計方案，它基于硬件加速架構(gòu)設(shè)計，使用無阻塞交叉總線架構(gòu)，F(xiàn)PGA和專用低功耗CPU遍布各個控制單元。使用全硬件數(shù)據(jù)通路設(shè)計，無需接口轉(zhuǎn)換、協(xié)議控制等環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮閃存介質(zhì)的低延遲、高并發(fā)I/O和高吞吐量的特性。

NCS8000邏輯架構(gòu)如下圖所示，主要包含：2個前端接口控制模塊、2個控制管理模塊、2個RAID控制器和多個閃存模塊等。

NetStor NCS8000全閃存陣列邏輯架構(gòu)

NCS8000全閃存陣列使用專用的閃存模塊作為存儲介質(zhì)，閃存模塊以接口卡的模式封裝閃存顆粒，閃存顆粒高密度集成到主板上。每個閃存模塊里最多有4個閃存控制器，每個閃存控制器最多管理16個閃存芯片，即每個閃存模塊最多管理64個閃存芯片。

閃存模塊邏輯架構(gòu)圖

閃存模塊中使用專用的FPGA芯片管理閃存控制器，每個閃存控制器擁有獨立的FPGA芯片管理各自的閃存芯片。數(shù)據(jù)流傳輸?shù)介W存模塊后，由FPGA處理，無需依賴通用的微處理器指令執(zhí)行。借助閃存控制器中的 FPGA和閃存模塊中的 FPGA，即便在超大負載條件下，NCS8000全閃存陣列也可提供超低延遲的 I/O 性能。

FPGA擁有并行計算優(yōu)勢，閃存模塊中的FPGA控制閃存控制器和閃存芯片并發(fā)操作，每個閃存控制器最多可并行 64 次存取操作，最高配置的NCS8000全閃存陣列最多可同時實現(xiàn)2816次存取操作。正是此并行處理架構(gòu)，即便業(yè)務(wù)系統(tǒng)面臨大量讀寫 I/O 工作量的情況下，NCS8000全閃存陣列也能維持高速的 I/O 性能。

在一些關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計上，NCS8000都體現(xiàn)出了獨具匠心的地方，例如超容量算法、均衡損耗技術(shù)、ECC 硬件檢測、收縮條帶、垃圾回收和二維RAID設(shè)計。以二維RAID為例，它從兩個維度進行數(shù)據(jù)保護，一方面閃存模塊內(nèi)部具備收縮條帶RAID技術(shù)，實現(xiàn)芯片級的數(shù)據(jù)保護；另一方面存儲系統(tǒng)本身具有系統(tǒng)級的硬件RAID保護，橫跨多個閃存模塊組的RAID，可橫跨4（2D+1P+1S）、6（4D+1P+1S）、8（6D+1P+1S）、10（8D+1P+1S）或者12（10D+1P+1S）閃存模塊，類似于傳統(tǒng)的多塊磁盤組RAID5+熱備磁盤。再例如垃圾回收，大多數(shù)閃存存儲垃圾回收算法采用對稱設(shè)計，相比NCS8000全閃存陣列使用詳細的NAND塊特性數(shù)據(jù)，分析多個屬性來確定每個數(shù)據(jù)塊的健康情況，更能夠?qū)⒅c接下來的寫入活動相匹配。

高級功能：兩條腿走路

目前市場上也有一些硬件深度定制化的產(chǎn)品，就像是一塊大閃存固態(tài)盤，沒有任何高級存儲功能，從而限制了現(xiàn)實市場的應(yīng)用。與之先比，NCS8000在深度定制化的同時，堅持兩條腿走路，提供了大量的高級軟件功能。

存儲虛擬化

NCS8000外部存儲系統(tǒng)虛擬化功能將不同存儲廠商的SAN存儲陣列，整合為一個大的虛擬SAN，為傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)的改造提供一個基礎(chǔ)的軟件定義的平臺。NCS8000提供對后端存儲設(shè)備的查找，管理功能，同時也能對存儲設(shè)備進行分組管理。

自動精簡配置

空間高效的虛擬磁盤技術(shù)為連接到的所有后端存儲設(shè)備提供了自動精簡配置特性。只有真正要向磁盤寫入數(shù)據(jù)時，才為其分配物理空間，令實際使用的物理磁盤容量大為減少。此外，虛擬資源調(diào)配和快照功能結(jié)合，能夠減少進行快照時所需的磁盤空間。

虛擬磁盤鏡像

虛擬磁盤鏡像能夠?qū)⒁粋€虛擬磁盤的數(shù)據(jù)同時存儲在兩臺不同的磁盤陣列上，互為備份。其主要用于保護重要數(shù)據(jù)的安全性和可用性，是一個基于本地的高可靠性解決方案。

虛擬磁盤恢復(fù)

虛擬磁盤恢復(fù)特性能夠幫助用戶提高災(zāi)難恢復(fù)的效率，快速恢復(fù)虛擬磁盤使其回到在線狀態(tài)。

自動分層

當NCS8000外部虛擬化其他磁盤陣列后，可以在NCS8000和外部磁盤陣列之間實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)分層功能。此功能無需手動干預(yù)就可以將外部磁盤陣列卷上頻繁活動的數(shù)據(jù)分配到閃存模塊上。動態(tài)數(shù)據(jù)移動不僅可提高外部磁盤陣列的訪問性能，還對主機服務(wù)器和數(shù)據(jù)的應(yīng)用用戶透明。

在線數(shù)據(jù)遷移

如何將現(xiàn)有存儲系統(tǒng)上的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無縫遷移到NCS8000全閃存陣列上是很多IT管理人員面臨的重要問題，NCS8000存儲虛擬化功能可以有效的解決這一問題，使用虛擬磁盤鏡像不但可以提供本地高可用解決方案，還可以提供數(shù)據(jù)遷移功能。通過啟用NCS8000全閃存陣列的存儲虛擬化功能，將現(xiàn)有存儲系統(tǒng)進行虛擬整合，虛擬整合之后即可在NCS8000和現(xiàn)有存儲系統(tǒng)進行虛擬磁盤鏡像，現(xiàn)有數(shù)據(jù)完全鏡像到NCS8000全閃存陣列后，將鏡像與源進行分離，完成數(shù)據(jù)遷移。

數(shù)據(jù)壓縮

不同于其他壓縮方案，啟用NCS8000壓縮功能許可，需配置獨立的CPU和硬件壓縮卡，壓縮功能可以將NCS8000的有效容量最多提高 5 倍（在相同的物理存儲空間內(nèi)存儲多達 5 倍的數(shù)據(jù)），進一步降低成本以及占地空間、電源與散熱需求。此外，具有硬件加速功能的實時壓縮提高數(shù)據(jù)存儲的經(jīng)濟性。

存儲雙活高可用

兩臺NCS8000上的邏輯卷可以被整合成為統(tǒng)一的虛擬卷標示符，從主機看來如同來自不同路徑的同一個邏輯卷，底層的數(shù)據(jù)雙寫和雙讀操作則由NCS8000雙活軟件控制完成。兩個數(shù)據(jù)卷上的數(shù)據(jù)一致性由雙活功能模板監(jiān)測保障，并且兩臺存儲系統(tǒng)之間的鏡像卷關(guān)系無法進行手工啟停操作，此動作由存儲微碼自動進行控制，在某一臺存儲系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，實現(xiàn)存儲卷在磁盤陣列間的自動遷移。

小結(jié)

針對閃存介質(zhì)和存儲應(yīng)用的需要，同有NetStor NCS8000在設(shè)計上采用了“兩手抓，兩手都要硬”的方針，實現(xiàn)了全閃存陣列設(shè)計的新突破。相比業(yè)界巨頭，同有無疑是一家小公司，但為什么能夠在技術(shù)率先取得突破呢？這與同有長期服務(wù)軍工企業(yè)有關(guān)，以強大的軍轉(zhuǎn)民技術(shù)作為依托，同有NetStor NCS8000引領(lǐng)企業(yè)級應(yīng)用市場的發(fā)展。

songjy