本文試圖對當(dāng)前多個存儲子層里的多項技術(shù)做簡要分析來獲知它們對傳統(tǒng)體系的影響。
存儲介質(zhì)―閃存和SMR磁盤
機械磁盤作為在線主存儲介質(zhì)的地位，可以說幾十年來沒有動搖，是各種存儲技術(shù)里最穩(wěn)定的一個了。然而閃存的出現(xiàn)，將要改變的不僅是存儲介質(zhì)本身，更將會顛覆整個的存儲生態(tài)鏈。
閃存作為新一代存儲介質(zhì)，相比于機械磁盤的優(yōu)點不必多說。一個更加值得思考的問題是，由于閃存并不像機械盤一樣需要高精尖的技術(shù)，其入門門檻較低，尤其是閃存控制器的設(shè)計生產(chǎn)，目前可以說是遍地開花，國內(nèi)已經(jīng)有多家自主產(chǎn)權(quán)的閃存控制器及外圍產(chǎn)品。
閃存對傳統(tǒng)的下游存儲廠商的影響也將會是巨大的。首先，基于機械磁盤介質(zhì)所積累成熟的傳統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)面臨崩塌，包括硬件設(shè)計比如尺寸、散熱、承重和空間布局等;也包括軟件設(shè)計比如數(shù)據(jù)布局、IO性能優(yōu)化和故障預(yù)測及恢復(fù)等。這也是為何僅僅把傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)中的機械盤替換為SSD根本無法發(fā)揮出SSD性能的原因。其次，傳統(tǒng)存儲高大上的形象也會被閃存徹底摧毀，原本松耦合的各種大部件搭配起來的"巨型機器人"將變得非常小巧。最極端的情況甚至可以直接用一塊PCIE Flash卡替代，連影子都消失在了服務(wù)器機箱外面。磁盤存儲將退居二線，成為真正的備份用二線存儲，使用步驟或許會是"開機備份關(guān)機"。磁盤存儲將會成為下一代人眼里已徹底淘汰的產(chǎn)品，就像卡帶機一樣。再次，拖累傳統(tǒng)磁盤存儲的另一個包袱，就是那些華而不實的軟件功能，包括自動精簡配置、重刪、快照、分層/緩存和復(fù)制等。這些軟件功能除了其中幾個較為常用之外，其他可以說是雞肋，但為了市場競爭又不能沒有，因而陷入惡性循環(huán)。上述軟件功能中的每一項，毫不客氣地說，都是影響性能的。分層和緩存實際上是增加了相對性能，而降低了絕對性能。除了快照、分層和遠(yuǎn)程復(fù)制之外，其他軟件功能多數(shù)時候都不為人所用。
用戶似乎越來越追求傻快的存儲。這一點在面對"軟件定義"概念時更有說服力了，硬的更硬，軟的更軟。這更進(jìn)一步拉低了存儲系統(tǒng)的門檻，拋開這些包袱，利用閃存，越來越多的全閃存存儲廠商出現(xiàn)了，而這些全閃存存儲為何基本都沒有出自傳統(tǒng)一線存儲廠商，原因也顯而易見了。
磁存儲領(lǐng)域的一項新技術(shù)是SMR(疊瓦式磁記錄)，這項技術(shù)提升了存儲密度，卻不能保證隨機寫的性能，這一點從原理上講更類似于固態(tài)介質(zhì)的Page與Block之間的尷尬。希捷等磁存儲廠商也正在研究是否要在SMR磁盤內(nèi)實現(xiàn)類似Flash的管理方式。SMR磁盤面向一寫多讀場景，適用于大數(shù)據(jù)、備份等特定領(lǐng)域。下一步還有熱輔助磁記錄技術(shù)，但是遲遲未能商用。看來磁存儲在性能瓶頸之后，可商用的容量瓶頸也即將到達(dá)，因此磁存儲淡出舞臺是大勢所趨。
底層框架―芯片、底軟和通道
閃存的出現(xiàn)，會影響生態(tài)鏈上所有事物，這其中也包括了最底層的芯片、底層軟件和數(shù)據(jù)通道。
芯片要有足夠強的處理能力來承載起閃存強悍的IOPS性能，包括Flash控制芯片、外圍協(xié)議控制芯片(SAS、 FC、以太網(wǎng))，以及主機CPU。芯片的提速手段有三種，第一是提高內(nèi)部數(shù)據(jù)帶寬，增加器件之間的通道數(shù)量和帶寬，第二是提升器件頻率，第三是將各個子器件進(jìn)行拆分，增加并行度，在相同電路周期內(nèi)可并發(fā)執(zhí)行更多的指令。然而，沒有免費的午餐，上述任何一個動作，要么會增加芯片的功耗，要么會增加面積，這些都是弊端。目前一線廠商PMC的主流存儲控制芯片實際功耗都控制在15W上下，即便是最新的SAS 12Gb 主控芯片，由于制造工藝的提升，功耗反而比6Gb產(chǎn)品有所降低。到目前為止，主流存儲芯片都是基于MIPS核心+外圍加速電路，MIPS是被公認(rèn)的RISC通用處理器領(lǐng)域最經(jīng)典的代表，然而ARM的猛攻也滲透到了存儲芯片領(lǐng)域，在低端市場占據(jù)了席位，包括4端口SATA控制器、低端SoC等等，ARM和MIPS也會在存儲芯片領(lǐng)域持久對峙下去。Intel則由于功耗問題，頗有綁死x86平臺走到底的趨勢，移動終端失策，賣掉電視部門，靠Atom在大型數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域與ARM抗衡，不知道格局能維持多久。
底層軟件方面也是制約存儲性能提升的一大屏障。拿Linux為例，Block層、SCSI中間層這兩大制約IO性能發(fā)揮的重量級軟件層，在機械盤時代發(fā)揮了重要作用，然而在閃存時代，已變成了嚴(yán)重拖累性能的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
繁冗的掃描機制、低效的互斥隊列和捉襟見肘的隊列數(shù)量、陳舊不堪的SCSI協(xié)議，這些對閃存來講都是頭疼的事情，目前閃存產(chǎn)品不得不選擇越過SCSI層而直接注冊到Block層，然而卻丟失了SCSI層提供的兼容性優(yōu)勢，導(dǎo)致各家在Block下層的協(xié)議實現(xiàn)不統(tǒng)一，增加了開發(fā)成本和管理開銷。
協(xié)議接口方面，基于SCSI體系衍生而來的勢力有三股，一個是FC，另一個是SAS，還有一個是iSCSI純軟件方案。Linux開源社區(qū)最近也在研究如何優(yōu)化SCSI層的問題，看來SCSI是去是留已經(jīng)是個問題了。FC通道前端目前正在逐漸被萬兆以太網(wǎng)殘食，而后端則在幾年前就已經(jīng)被SAS全盤端掉。SAS之所以沒有端掉FC前端有兩個原因，其一是因為FC前端體系并非只存在于存儲設(shè)備內(nèi)部，還涉及到交換機，其存量市場并不是僅僅通過替代掉存儲設(shè)備的前端通道卡就可以占領(lǐng)的;其二，SAS在光傳輸方面略顯遲鈍，究其原因在于SAS光協(xié)議對于鏈路協(xié)商方面的一項技術(shù)實現(xiàn)爭議了良久，直到很晚才確定。FC也必將淡出舞臺。然而，其接替者并非只有以太網(wǎng)或者SAS。還有另外一項更前瞻的通道技術(shù)，那就是PCIE。目前我們所熟知的以太網(wǎng)、FC、 SAS、Infiniband等通道協(xié)議，在主機層面無一不通過PCIE接入系統(tǒng)IO總線。之前的"遠(yuǎn)距離"傳輸概念，正在變得模糊，多"遠(yuǎn)"算是"遠(yuǎn)"，如果PCIE能夠"遠(yuǎn)"到一定距離，還要以太網(wǎng)作甚?這個問題問得好。然而，PCIE 并不是萬能的，PCIE目前缺失很多交換網(wǎng)絡(luò)特性，畢竟之前一直是在系統(tǒng)總線領(lǐng)域，出了總線，就得長距離交換和路由，這方面就得靠以太網(wǎng)和TCP/IP了。然而，同樣的理論，在目前和將來的數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域可不見得能套用。
目前的數(shù)據(jù)中心有苗頭正在朝著緊耦合方向發(fā)展，也就是之前一個機架內(nèi)的服務(wù)器之間是松耦合的，現(xiàn)在要變得以機架為單位，機架內(nèi)部緊耦合，機架外部松耦合，此時PCIE就有用武之地了，機架內(nèi)部完全基于PCIE矩陣。這個前沿方向目前Intel以及PMC-Sierra都有研究并且有了DEMO。當(dāng)然，對SAS和SATA的兼容一定是要考慮的，SFF8639接口標(biāo)準(zhǔn)其實是一個三模式(Tri-mode)的接口，把SATA、SAS和PCIE打包到一起，后端則根據(jù)前端接入設(shè)備類型路由到SAS Expander/Controller或者PCIE Switch上去。目前看來這個接口已成定局。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)―Raid2.0、ErasureCode、分布式及開源
硬件平臺之上的軟件，也在風(fēng)起云涌的變化著。傳統(tǒng)存儲領(lǐng)域可炒作的概念已經(jīng)沒有了，然而創(chuàng)新又遲遲未見。Raid2.0被幾家廠商在炒作，但終歸也是RaidEE技術(shù)的升級翻版。另外， Raid2.0與現(xiàn)在多數(shù)技術(shù)一樣，只是提升了相對性能，而沒有提升絕對性能，也就是當(dāng)磁盤達(dá)到一定數(shù)量的時候，這項技術(shù)才會顯示出優(yōu)勢，但是依然趕不上相等數(shù)量的磁盤在傳統(tǒng)模式下的絕對性能。Raid2.0對數(shù)據(jù)的處理，已經(jīng)不亞于一個文件系統(tǒng)了，過多的數(shù)據(jù)碎片影響了絕對性能，但是大量的磁盤堆砌又可以掩蓋這一事實。其所獲得的唯一一個絕對好處是重構(gòu)時間的大幅降低，然而卻犧牲了平時的絕對性能。
ErasureCode技術(shù)也不是什么新鮮事。Raid6以及RaidDP技術(shù)很早就出現(xiàn)了，那時候人們已經(jīng)發(fā)明了可以容忍更多磁盤同時損壞的技術(shù)，只不過受限于隨機寫性能而沒有將其商用。但是時過境遷，大數(shù)據(jù)時代讀多寫少，再加上數(shù)據(jù)量大，RaidDP(DoubleParity)、RaidTP(TripleParity)甚至允許更多磁盤同時損壞的算法，就又冒出頭來了。
Scale-Out是傳統(tǒng)存儲領(lǐng)域?qū)?quot;分布式"的一個包裝詞，然而傳統(tǒng)存儲理解的分布式和互聯(lián)網(wǎng)及開源領(lǐng)域所認(rèn)識的分布式骨子里還是不同的。傳統(tǒng)存儲廠商的分布式不是廉價的分布式，它們的分布式完全是為了解決Scale-Up模式的天花板;而互聯(lián)網(wǎng)和開源的分布式骨子里為的就是廉價。表現(xiàn)形態(tài)也不同，前者雖然實質(zhì)上也是x86服務(wù)器+分布式軟件管理層，但是依然略顯高大上。
開源的風(fēng)潮體現(xiàn)在最近的一個新概念里，那就是所謂"軟件定義"了。軟件定義讓二三線廠商師出有名，直接挑戰(zhàn)傳統(tǒng)一線大廠的權(quán)威地位，這一點從近期一些二三線廠商的直截了當(dāng)?shù)穆豆茄葜v即可知道，矛頭直指一線壟斷大廠，似乎在當(dāng)頭棒喝"憑什么你們就是高大上"。
用戶體驗―接口、訪問方式及展現(xiàn)
在對存儲的訪問接口方面，新的訪問接口近幾年在互聯(lián)網(wǎng)的帶動下也爆發(fā)式增長。傳統(tǒng)領(lǐng)域一直在鼓吹所謂"統(tǒng)一存儲"鼓吹了近十多年，早就炒爛了。對象、key-value、文件、塊是目前來講主流的4種訪問形式，其中文件又包含多種子類型比如NFS、CIFS以及各種分布式文件系統(tǒng)訪問協(xié)議，塊又分為FC、SAS、iSCSI。不管訪問形式如何，它們本質(zhì)都是一樣的，都是對一串字節(jié)的請求和回復(fù)，只不過這串字節(jié)在不同應(yīng)用場景下的歸類不同罷了。
在用戶體驗方面，傳統(tǒng)存儲做的較差。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)潮來襲，重視用戶體驗、應(yīng)用感知、QoS等更加接近用戶層面的功能越來越受到重視。筆者之前所設(shè)計的存儲軟件套件SmartX Insight就是從用戶體驗方面來入手，增強存儲系統(tǒng)在整個系統(tǒng)內(nèi)的"存在感"，改變傳統(tǒng)存儲一副道貌岸然的樣子。我想這樣更有利于黏住用戶，從而擴大及拓展存儲系統(tǒng)的生存空間和時間。
閃存與數(shù)據(jù)中心―SATA/PCIE及應(yīng)用場景
目前來看，數(shù)據(jù)中心對Flash的渴求主要集中在幾個固定的應(yīng)用場景，前端比如 CDN，ISP的帶寬是非常貴的，必須充分利用，所以硬盤必須不是瓶頸。后端則是各級緩存場景，包括各類分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式文件系統(tǒng)的前端基本上都是放了一級或者兩級甚至更多級的緩存，RAM畢竟還是很貴而且容量有限，主要用于第一級緩存直接應(yīng)對前端的壓力，F(xiàn)lash則可趁機占領(lǐng)一部分后置緩存空間。
數(shù)據(jù)中心對SATA接口SSD的應(yīng)用占據(jù)了總體形態(tài)的大概90%，剩下的10%主要是PCIE接口的Flash，前者基本上被Intel獨占，后者則是花開幾朵，其中也不乏國內(nèi)廠商。
PCIE Flash是大勢所趨，尤其是支持NVMe標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。但是目前的形態(tài)卻不被看好，別看當(dāng)下多家在此領(lǐng)域角逐。當(dāng)下形態(tài)存在的問題是維護(hù)困難、版型太大，這些均不符合數(shù)據(jù)中心對硬件資源的要求―一個是維護(hù)方便，另一個就是資源性能和容量粒度要盡可能低以便于靈活拼搭。而基于SFF8639接口標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備相信馬上就會遍地開花。綜上所述，各種新技術(shù)對存儲系統(tǒng)的方方面面產(chǎn)生了很大影響，如今IT界概念頻出，五色繽紛，眾多的存儲廠商們唯有分析歷史、分析當(dāng)前，才能看清未來。
