FlashRay Mars OS NetApp 快閃儲存 固態硬碟 IDC 儲存

軟體強化資料保護機制 預先迎擊低價市場

2015-01-07
傳統硬碟技術發展趨緩已經是不爭的事實。Flash的應用,正好補足硬碟效能的Gap,因而市場也愈來愈能接受。未來在Flash技術發展以及價格日益平民之下,很有可能會衍生出低價Flash儲存方案來因應市場。
許多跡象顯示,Flash將成為企業儲存一項必要的支援項目。一份來自於IDC儲存研究總監Eric Burgener所發表的「Flash, Cloud and Software-Defined Storage: Trends Disrupting the Market」文章中也提到,虛擬化被廣泛地使用之後,勢必將對儲存設備產生新的要求,而Flash也將成為儲存系統中必要的支援項目,以便處理虛擬環境中更高的IOPS需求。

對於此一趨勢,不少儲存設備業者已積極布局。同樣針對快閃儲存市場,NetApp旗下企業級Flash技術與解決方案產品組合也相當完整,在混合式快閃儲存產品方面,有E系列與FAS混合快閃陣列來因應。而全快閃儲存產品,也提供EF系統與All Flash FAS系統的All Flash Arrays。

另外,由NetApp自行研發的全快閃儲存設備FlashRay,日前也已正式發表。雖然現階段僅出貨給特定客戶,但從專為全快閃儲存而特地開發新專屬作業系統Mars OS的作法來看,足以看出NetApp對快閃儲存市場的重視。

cMLC打入企業應用

目前FlashRay基本配置包括6U高度的控制器,以及2U快閃磁碟櫃24 Bay 2.5吋固態硬碟。每顆固態硬碟容量為480GB,記憶體為128GB。在看似平凡無奇的規格中,值得留意的細節則藏在固態硬碟裡,FlashRay所採用的固態硬碟為cMLC,亦即Consumer MLC。

FlashRay採用Consumer等級的MLC,從穩定度與耐用性的角度來看,其實是一項大膽的決策。一般而言,固態硬碟中典型的幾種NAND Flash Memory,包括SLC(Single-Level Cell,單層式儲存單元)、MLC(Multi Level Cell,多層式儲存單元)以及TLC(Triple-Level Cell,三層式儲存單元)。不同的儲存記憶單元,對於快閃記憶體的壽命長短差異極大,目前最耐用的NAND Flash Memory當屬SLC,讀寫次數上看到100,000次,但成本也最高昂。MLC則次之,約莫可以讀寫10,000次左右,至於TLC壽命最短,大約只能讀寫500…^1,000次。


▲NetApp已正式發表FlashRay系統,並且為全快閃儲存設備設計全新專屬作業系統Mars OS。

而這其中,MLC又可分為eMLC以及cMLC。eMLC的e代表著enterprise,而cMLC的c則意指consumer。換句話說,在市場機制下,NAND Flash Memory也分為企業等級以及消費市場,一般而言,SLC與eMLC在儲存產品中較為常見。

NetApp系統技術暨專業服務事業部資深技術顧問陳勇維解釋,其實cMLC與eMLC的讀寫壽命並沒有太大差異,主要的差別在於超額配置(Over Provisioning)。為了避免快閃儲存顆粒的故障毀損,固態硬碟多半都會超額配置,以提高整體耐用性。一般而言,eMLC的超額配置佔比通常會比cMLC高。試想,假設eMLC超額配置達20%,而cMLC卻只有超額配置8%,自然eMLC的耐用性會超出cMLC許多。

「但也因此,cMLC的成本比起eMLC較為低廉。」他提到,傳統硬碟技術發展趨緩已經是不爭的事實。Flash的應用,正好補足硬碟效能的Gap,因而市場也愈來愈能接受。未來在Flash技術發展以及價格日益平民之下,很有可能會衍生出低價Flash儲存方案,甚至打亂原有混合式快閃儲存市場的佔比。「以往企業都是採用SLC或eMLC的固態硬碟,但是未來很有可能出現以cMLC或TLC組成的全快閃儲存設備。在這種情況下,快閃儲存系統的資料保護機制將成為最重要的關鍵,而這也是為什麼NetApp要重新打造專屬作業系統Mars OS的主要原因。」

軟體強化資料保護

目前Flash/?SSD依然存在幾項缺點有待克服。首先,成本依然還沒有降至可普及的階段,另外,讀寫次數也是一個問題,特別是單一區塊一直被重複讀寫時,即使其他區塊的讀寫壽命還沒到,也會因為這個區塊而造成毀損。

也因此,多數廠商都會特別針對這項問題,透過軟體技術加以克服,例如常聽見的平均抹寫儲存區塊技術(Wear Leveling)用意就是希望避免特定儲存區塊因存取過度而故障,因而透過軟體技術讓資料得以平均分散在NAND Flash的每個儲存區塊。

諸如此類的保護機制也常見於各家快閃儲存產品中,像NetApp All Flash FAS全快閃儲存就設計了WAFL(Write Anywhere File Layout)來避免單一區塊被不斷地覆寫。WAFL的作法是讓系統收到覆寫作業時,一律會將資料寫入新位置之中。即使是快照,也是如此。這麼做的好處是,可以提升效能同時把SSD block的利用率發揮到極致。由於並不是每改一筆I/O,馬上就調出這筆資料來加以修正,而是收集這些修正的資料,找到新的區塊寫入,然後再置換元資料(Metadata),因而提高了速度,並且延長儲存區塊壽命。

為了避免固態硬碟空間浪費,同時滿足效能要求,近期才正式發表的Mars OS作業系統,則提出長度可變式區塊編排(Variable Length Block Layout,VLBL)技術來因應。這項技術能提升資料存取效率,並且減少存取Flash I/O,增加系統的有效儲存容量。由於長度可變式區塊編排能依據RAID Group的配置以及Stripe的長度來決定每一次I/O的大小,而非設定固定的寫入容量或空間,因而也能避免區塊空間被浪費,從而提高效率。

Mars OS藍圖完整補強

有效的儲存策略必須視企業應用的需求而加以制定,針對混合式與全快閃儲存的運用,陳勇維也提出建言,「如果是共享的基礎架構,像是普遍常見的Exchange、OA應用程式,只需要部署混合式快閃儲存,就能有非常好的成效。但如果這個應用程式是企業未來的主力商品或是關鍵系統(交易系統、即時撮合或資料庫、ERP等等),對延遲的要求比較高、但空間容量需求沒那麼大時,全快閃儲存設備就很合適。」

現階段,Mars OS目前才推出第一版,第一代FlashRay設計上也只有單控制器,就產品的完整性而言稍有不足,但他強調,未來所有功能都會更為完善,而且趨近於Data ONTAP所包含的功能,包括壓縮、重複資料刪除、SnapMirror、Scale-out擴充、從一個控制器到兩個控制器,甚至是多個控制器等等,均會陸續強化。


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