數據存儲洪流下 PCIe快閃記憶體緣何脫穎而出?

2021-01-10 IT168

　　【IT168 評論】當今形勢下，企業要保持競爭力，其應用的性能變得至關重要。數據需要能夠被即時訪問，以便其能夠被實時的處理、分析和解析。為滿足這樣的需要，企業客戶正主動將快閃記憶體加入到其存儲基礎設施中。

　　由於需求加速增加，以及獲得客戶的認可，各公司的CIO們迅速認識到，快閃記憶體非常適合於資料庫、數據倉庫和大數據分析等性能密集型應用。

　　儘管業界在大談全快閃記憶體和混合快閃記憶體陣列，然而，伺服器端快閃記憶體尤其是PCIe快閃記憶體出貨量已經開始起飛。Gartner Group預計，伺服器端快閃記憶體的出貨量在2015年將超過100萬片。此外，隨著PCIe快閃記憶體的價格逐漸降至接近1美元/GB，Gartner預計到2018年，所有出貨至數據中心的SSD中，有接近一半都將是PCIe快閃記憶體。

　　在初期，只有使用橫向擴展架構和NoSQL資料庫的以部署超大規模應用的客戶採用PCIe快閃記憶體，而目前PCIe快閃記憶體的價格和性能優勢已使其成為這一類應用場景的主流存儲設備。此外，在最近興起的軟體定義存儲架構中,使傳統企業也可以在更多的應用場景使用PCIe快閃記憶體，而在這些軟體技術出現之前，往往需要使用外部延遲較高並且成本也較高的SAN架構存儲解決方案。

　　用作SAN存儲緩存

　　PCIe快閃記憶體最常見的用途就是在現有的SAN存儲設備前端添加緩存。這種方法對於現有的SAN架構存儲設備而言完全透明，同時將延遲從幾毫秒降低到幾十微秒，並可大幅提升現有基礎設施的IOPs能力。這種使用案例被廣泛部署在如單一PCIe設備和緩存軟體且價格不超過1萬美元的Microsoft? SQL Server的資料庫中。為獲得相同的IOPs，傳統SAN存儲可能需要5倍的費用，而且絕對不可能達到同等的低延遲水平。相對而言，PCIe緩存的方式實現了驚人的性能提升。在資料庫運行環境中，延遲意味著等待時間，即用戶得到響應時間;延遲越長，每秒完成的交易量就越少。時間就是金錢，基於PCIe快閃記憶體的緩存軟體是一種快捷而簡單的解決方案。

　　共享式快閃記憶體訪問

　　許多企業級資料庫需要訪問共享存儲。一個很好的例子就是Oracle單實例資料庫和 Oracle Real Application Clusters(RAC)。RAC使用Oracle自動存儲管理(ASM)作為資料庫的卷管理組件。ASM使用磁碟組來存儲數據文件，並提供基於伺服器的靈活鏡像選項。到目前為止，Oracle ASM使用快閃記憶體的唯一途徑就是使用部署在SAN陣列內部的快閃記憶體。然而，延遲和成本可能使得建立在SAN之上的Oracle資料庫變得非常昂貴，特別是隨著業務的發展，需要更多IOPs來保持工作負荷餘量。


▲HGST PCIe快閃記憶體卡

　　HGST推出的軟體定義存儲產品，使PCIe快閃記憶體可以直接在資料庫伺服器內部以ASM磁碟組的形式進行管理和訪問。ASM可以根據數據存儲的需求聚合儘可能多的PCIe快閃記憶體以用於存儲更多的數據。由於存儲直接連在伺服器總線上，使用資料庫全快閃記憶體層可以達到微秒級的延遲(Oracle的Calibrate_IO工具無法測量出此量級的數值)。由於ASM可以應用於所有常見的存儲設備，ASM可以將數據遷移到SAN存儲上的大容量存儲設備中來降低價格並優化性能。快閃記憶體訪問共享的另一個附加好處是提高了伺服器的CPU核心使用率，從而降低Oracle許可證費用或提升現有許可證的有效價值。

　　集群和伺服器整合

　　對於MySQL這樣的資料庫來說，傳統方法是成對部署主/從伺服器。主伺服器屬於更大集群的一部分，集群中的資料庫行在多個主伺服器中橫向共享，以實現橫向擴展。從屬伺服器用於分擔讀操作的工作負荷，並作為主伺服器崩潰或數據被破壞時的故障切換節點。

　　PCIe快閃記憶體速度快，延遲小，使得單臺設備便可以處理主伺服器上讀寫工作量。由於資料庫損壞和伺服器崩潰的情況十分罕見，許多從屬伺服器一直空轉耗電、佔用空間還需要冷卻。使用PCIe快閃記憶體設備和伺服器端快閃記憶體集群軟體可以很輕鬆地解決這種「伺服器無序擴張」問題。

　　集群軟體允許多個主伺服器將其所有的快閃記憶體資源聚集為一個資源池，然後為每個主伺服器分配池中的一個卷。單節點從屬伺服器或者安裝少量開源軟體的多功能伺服器將以「監聽者」的身份運行。當主伺服器出現故障時，多功能伺服器掛載相應的卷並繼續操作，避免了停機;由於所有的主伺服器都將數據同步複製到資源池中，在故障切換時將不會有丟失數據。這一點非常重要，因為原生的本地MySQL複製為異步複製，部分交易記錄可能會被丟失。此項針對MySQL實際部署進行的改變簡單而巧妙，能夠依據集群大小的不同將伺服器的數量減少至介乎38%到70%。

　　凝視未來：接下來是什麼

　　在這些任務關鍵型企業環境中，延遲意味著等待時間，即用戶等待響應時間，延遲越長每秒完成的交易量就越少。時間就是金錢，因此快閃記憶體成為一個越來越有吸引力的解決之道。這意味著效率、性能和可擴展性的標準將受到緊密的關注。企業要取得成功，則需要從自己的數據中提取出更大的價值。

　　硬體和軟體解決方案必須幫助CIO們在性能、複雜度和成本之間取得平衡，即專注於以全SSD環境加速峰值應用，通過分層或使用緩存來利用硬碟和快閃記憶體相結合的環境從而改善滯後的性能。

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