閃存可以消除所有傳統硬盤存儲系統中常見的旋轉延遲和尋道延遲問題，從而提供出色的性能，這對于隨機I/O尤其有效。在當今虛擬化應用程序環境中，I/O訪問模式由于虛擬化的“混合作用”而變得更加隨機。因此，閃存提供的出色性能意義重大。此外，閃存現在的購買價位比高速緩存便宜得多。因此，可以像部署傳統硬盤存儲一樣，以超過高速緩存的容量來部署閃存。數據中心對閃存的使用越來越多，一些業內權威人士預計，規模經濟最終會將閃存成本降低到與傳統硬盤存儲同樣的級別，隨著時間的推移，閃存將完全取代傳統硬盤存儲。
并非所有閃存驅動器均完全相同
雖然閃存能夠取代數據中心的傳統硬盤存儲，但與磁介質相比，閃存實際上采用了不同的中硅或電子與非門，在性能、成本和數據保留特性上有很大不同，而這些因素可能會影響數據中心應用程序工作負載的經濟性和運行狀況。因此，在考慮采用閃存之前，有必要了解閃存技術的一些基本知識。
寫耐用性：與傳統硬盤存儲上的磁介質不同，對于閃存，必須先擦除其中存儲的數據，才能寫入或“編程”新數據，這稱為“編程-擦除”周期(PE/C)。閃存上與非門的PE/C最多約幾千個，在經過最大周期數量后，閃存驅動器的性能和可靠性將大大下降，性能可能會降至原來的十分之一。閃存技術的這一特性限制了可以在閃存驅動器上執行的寫操作數量。閃存的這一限制稱為寫耐用性，以每日驅動器完全寫入次數(或每日驅動器填充次數)表示。
寫懸崖：必須先擦除閃存驅動器中的與非門塊才能將塊寫入，這一要求意味著閃存驅動器需要保留預先擦除的塊，才能通過消除在每次按需執行擦除流程時可能發生的延遲來提高性能，即使寫入較小的塊也不例外。如果閃存驅動器中預先擦除的塊不足，尤其是在驅動器已滿的情況下或在持續的寫密集型操作期間，可能會由于閃存驅動器嘗試創建空閑的與非門塊而產生較長時間(50毫秒以上)的延遲。閃存驅動器的這種寫入性能降級稱為寫懸崖。
可以通過多種方法解決閃存驅動器的寫耐用性和寫懸崖問題，進而影響其成本和使用壽命。例如，要避免/延遲寫懸崖，通�？蛇^度配置用于內部事務處理的容量(增加每GB成本)，以及使用稱為“磨損均衡”的流程，將對同一個塊的重復寫入遍布到閃存上的多個新位置，以此確保驅動器受到均衡磨損(延長驅動器使用壽命)。
如今，市面上有三種基于寫耐用性的常見企業級閃存驅動器。您對每項應用程序工作負載所選擇的閃存驅動器可能會影響數據中心的經濟性和運行狀況。
讀優化(RO)或多層單元(MLC)驅動器：此類驅動器針對讀操作進行了優化。通常，MLC閃存驅動器的寫耐用性為每日對驅動器填充1-3次。MLC閃存驅動器也是價格最低的企業級閃存驅動器。
寫密集型(WI)或單層單元(SLC)驅動器：與RO驅動器相比，此類驅動器的寫耐用性較高，并且過度配置程度通常更高。SLC閃存驅動器的寫耐用性通常為每日對驅動器填充20到30次。寫耐用性越高，成本就越高;因此，SLC是最昂貴、最可靠的企業級閃存驅動器。
混用(MU)或企業級MLC (eMLC)驅動器：這兩種類型的驅動器嘗試從寫耐用性和成本角度上，兼顧SLC驅動器和MLC驅動器各自的優勢。MU驅動器的典型寫耐用性為每日對驅動器填充5到10次。
在企業IT解決方案中部署閃存
如圖1所示，可以在IT解決方案的各個層使用閃存來改進應用程序I/O性能。當然，與任何其他技術一樣，沒有一種方法能適于所有使用情形，您必須對適當的應用程序使用適當的閃存，才能使您的數據中心實現閃存的經濟和運行優勢。
圖1 在企業IT解決方案中部署閃存
將閃存用作存儲陣列中的高速緩存
最早采用閃存的方式之一是將閃存用作存儲陣列中的第二層高速緩存。這樣做的目的是在基于DRAM的系統高速緩存和速度較慢的硬盤之間放入一個較快的介質。借助將閃存驅動器用作第二級高速緩存的巧妙方法，陣列軟件能夠得到增強。通過將常用數據移至閃存高速緩存，能夠減少從傳統硬盤讀取數據的需要，這可以縮短延遲，從而大大提升應用程序的性能。
此方法將存儲控制器高速緩存層與閃存相結合，從而擴展了高速緩存層，提高了性能，但這需要經過一個使用工作負載熱點來填充高速緩存的預熱階段，并且常常伴有缺陷，例如在整個周末執行備份作業后，周一早上的響應時間會較長。
將閃存用作存儲陣列中的多個層
在過去幾年中，閃存價格大幅下降，每GB閃存的價格接近于15K RPM傳統硬盤的價格。因此，現在可以將多種類型的閃存驅動器部署為陣列中的多個存儲層。通過此戰略，客戶能夠部署更大容量的閃存。與智能分層功能相結合，此戰略能夠將閃存優勢擴大到更大比例的已部署容量。雖然此方法能夠混合傳統硬盤和不同類型的閃存驅動器，進而將閃存優勢擴大到更大比例的已部署容量，但其有效性完全取決于陣列軟件分層功能的成熟度和靈活性。
用于應用程序加速的服務器連接閃存
此方法旨在將閃存優勢擴展到應用程序。PCI總線的訪問速度高于符合行業標準的磁盤驅動器接口(例如SAS或SATA)。因此，為提高服務器上運行的應用程序的性能，此方法將閃存驅動器直接置于高速PCI總線上，并提供智能軟件，使服務器將閃存用作服務器內存高速緩存的擴展。
雖然此方法可大大提高目標工作負載的性能，使駐留在服務器中的閃存形成孤島。因此，此類優勢適于在特定物理服務器上運行的應用程序，當虛擬數據中心的應用程序工作負載從一個物理服務器移至另一服務器時，此類優勢將失效。
全閃存陣列
此方法旨在完全消除傳統硬盤并提供基于全閃存驅動器的存儲系統，藉此來顛覆傳統存儲陣列市場。陣列硬件有現成產品或可以定制，只需使用定制陣列固件和軟件即可利用先前討論的閃存驅動器特性。 雖然此方法可顯著、持續地提高在連接的服務器場上運行的所有工作負載的性能，但目前其成本極高，并且可能缺乏諸如高可用性和數據保護等企業級功能�，F在，值得花大價錢購買此類陣列來處理的工作負載很少。
采用閃存時的考慮事項
在企業中采用閃存的主要驅動因素是提高應用程序性能。電子閃存驅動器的速度在本質上應比機械硬盤高一個數量級。而在另一方面，其企業級功能的成本較高并且不夠成熟，這是阻礙企業快速采用閃存驅動器的主要因素。因此，請務必了解您的企業目標，以確定是否應將閃存引入到您的數據中心以及以何種方式引入。下面列出的考慮事項應能幫助您制定符合自身需要的戰略。
工作負載特性：數據中心的每項應用程序工作負載都具有不同的I/O特性，例如，不同應用程序具有不同的讀/寫比率和不同的I/O模式(連續或隨機)。要選擇能夠優化數據中心存儲TCO的閃存戰略，了解數據中心應用程序工作負載的I/O特性非常重要。對于具有隨機I/O模式的讀密集型應用程序，閃存比傳統硬盤存儲更加經濟實惠，而對于主要具有連續I/O模式的寫密集型應用程序，傳統硬盤存儲的TCO會更低。此外，了解應用程序的I/O特性還能幫助您選擇適當的閃存(SLC、MLC、eMLC)，從而最大限度降低成本并減少操作中斷情形。
企業級功能：閃存具有獨特的特性，但終究只是一種存儲介質。雖然利用閃存特性很重要，但部署閃存不能以犧牲高可用性、快照、復制、成熟的策略驅動型分層和管理集成功能為代價。請注意，完全專注于技術層面的閃存解決方案可能不具有強大的企業級存儲平臺所提供的功能。
解決方案的設計方法：閃存可以部署在企業IT解決方案的各個層(圖1)，因此，在每一層管理、運行和保護閃存投資變得越來越重要。全方位使用閃存的解決方案將提供更大的TCO和ROI優勢。此類閃存解決方案非常靈活，可引入到企業內的任一層，同時極為智能，可通過在每一層集成其功能來擴大閃存優勢。例如，此類閃存解決方案以智能方式集成基于主機的閃存功能(例如高速緩存)，使之很好地與基于陣列的閃存功能(例如高速緩存、分層、快照和復制)配合工作，從而優化您在企業內各個層的閃存投資，并降低存儲TCO。
結論
閃存是近期最令人激動的企業存儲發展成果之一。這項技術有可能帶來巨大的性能和經濟優勢。此外，閃存驅動器的成本預計將不斷降低，結合這兩項因素考慮，采用閃存設備勢在必行。不過，與任何一項極具潛力的新技術一樣，要增加實現潛在優勢的可能性，應提高對于優勢和限制的了解并以明智的方式進行部署。
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本文標題：閃存技術詳介及企業閃存解決方案部署
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