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固态硬盘选择 让SSD在服务器中放光

服务器中配置固态硬盘已经是一个普遍的选择,特别是如果只有很小比例的服务器存在性能问题的话尤其如此。固态硬盘可以帮助用户解决服务器性能的瓶颈。固态硬盘也可以让高速存储更加的接近处理器并将共享存储网络这个潜在的瓶颈剔除掉。目前有三种固态硬盘的形式作为达标:即硬盘驱动型SSD,SSDDIMM和PCIsSSD.

  固态硬盘存储目前在解决数据中心所面对的性能挑战上扮演着领先的角色。用户目前面临的问题是如何使用这些存储容量和将这些存储容量用在何处才能在适度的投入下获得最大的回报?市面上各种可行性解决方案眼花缭乱,我们在此对这些挑战进行排序。在第一个序列中我们将探讨用于服务器的固态硬盘。

非易失性快速存储器协议(NVMe)定义了一种通过PCIe总线访问固态硬盘驱动器(SSD)的新方法,并且预计在未来几年内将会呈指数级增长,与传统协议(如SATA协议)相比,其更高的性能和较低的延迟具有一定的优势。

硬盘驱动型固态硬盘外观和功能类似于机械硬盘,只是没有转针。这是目前应用比较普遍的首款固态硬盘之一,可以进行升级。安装固态硬盘,通过固态硬盘复制数据和重新导入能轻松获得速度的提升。

  服务器中配置固态硬盘已经是一个普遍的选择,特别是如果只有很小比例的服务器存在性能问题的话尤其如此。固态硬盘可以帮助用户解决服务器性能的瓶颈。固态硬盘也可以让高速存储更加的接近处理器并将共享存储网络这个潜在的瓶颈剔除掉。目前有三种固态硬盘的形式作为达标:即硬盘驱动型SSD,SSD
DIMM和PCIs SSD.

NVMe支持的存储基础设施不仅能够得到广泛的部署,而且目前正在进入数据中心领域,通常这些数据中心仍在采用传统的机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。而NVMe协议已经成为下一代数据中心存储的代理人。为了理解这种演变,回顾存储技术的发展过程,并检查在由该协议转换的一些新的应用工作负载是十分重要的。

硬盘驱动型固态硬盘家族目前又新加入了SSDDIMM,正如我们在最新的文章“SSDDIMM-新的选择”中所探讨的,它可以安装在服务器的双列直插内存模组插槽中,确实很类似于机械式硬盘,可以通过标准的SAS或者SATA介质连接到系统上。这种类型的连接可以成为理想的引导设备。这样会受到介质连接速度的限制,但是对于许多应用环境来说,这是他们所需要的性能提升。

  硬盘驱动型固态硬盘外观和功能类似于机械硬盘,只是没有转针。这是目前应用比较普遍的首款固态硬盘之一,可以进行升级。安装固态硬盘,通过固态硬盘复制数据和重新导入能轻松获得速度的提升。

在过去的几十年中,数据存储遵循了一种类似于数据计算的模式,这种模式从中央主机体系结构中发展出来,演变成分布式的客户机/服务器体系结构。然后,又返回到由虚拟化驱动的中央架构,然后返回由基于Web和云计算的应用程序驱动的分布式架构。存储技术又在直接连接的介质和分布式存储区域网络(SAN)之间摇摆不定,通过并行和串行接口使用SCSI命令集和SATA/SAS协议在CPU和存储介质之间物理移动数据。

PCISSD是另外一个服务器固态硬盘的选择,正在快速得到用户和市场的认可。正如它名字的含义那样,这是一种通过PCI总线连接的固态硬盘。因此可以通过高速通道直接访问中央处理器,这样能为用户提供非常高性能的选择。尽管多数PCI都无法被引导,但是他们对于对高性能要求极高,但是SAS/SATA的带宽又不足以满足应用软件性能需求的工作负载是理想的选择。

  硬盘驱动型固态硬盘家族目前又新加入了SSD
DIMM,正如我们在最新的文章“SSD
DIMM-新的选择”中所探讨的,它可以安装在服务器的双列直插内存模组插槽中,确实很类似于机械式硬盘,可以通过标准的SAS或者SATA介质连接到系统上。这种类型的连接可以成为理想的引导设备。这样会受到介质连接速度的限制,但是对于许多应用环境来说,这是他们所需要的性能提升。

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PCI固态硬盘还可以作为低成本的DRAM内存的选择。一个1TB容量的固态硬盘可以作为内存取代100个服务器中配置的动态随机存储器,从而使得性能得到更大的提升。

  PCI
SSD是另外一个服务器固态硬盘的选择,正在快速得到用户和市场的认可。正如它名字的含义那样,这是一种通过PCI总线连接的固态硬盘。因此可以通过高速通道直接访问中央处理器,这样能为用户提供非常高性能的选择。尽管多数PCI都无法被引导,但是他们对于对高性能要求极高,但是SAS/SATA的带宽又不足以满足应用软件性能需求的工作负载是理想的选择。

随着基于闪存技术的固态硬盘(SSD)的出现,传统的SATA/SAS标准协议似乎有些落伍,但其当初的兴起是因为它们经过了实践验证,兼容且无缝集成到现有系统中。随着时间的推移,尽管与数据访问请求和收据相关的长时间的性能延迟,SATA协议仍然是最常见且成本效益最高的接口标准。硬盘驱动器这些延迟是有情可原的,因为磁格式需要磁盘旋转和寻道导致延迟,但对于使用内存单元(相对于磁盘旋转和寻道)的基于闪存的SSD,SATA协议的延迟是不可接受的。最终,因为SATA标准协议更新太慢,无法在基于闪存的存储系统的应用中实现固态硬盘(SSD)的全部优势。

服务器选择配置哪款固态硬盘取决于用户需要解决什么样的性能问题和服务器适合安装那种固态硬盘。许多PCISSD需要体积充足的PCI插槽,大部分1U和2U服务器都无法满足。在这些情况下,硬盘驱动型固态硬盘或者SSDDIMM就是更好的选择,或者说甚至是唯一的选择,这取决于是否有硬盘或者双列直插内存模组可用。

  PCI固态硬盘还可以作为低成本的DRAM内存的选择。一个1TB容量的固态硬盘可以作为内存取代100个服务器中配置的动态随机存储器,从而使得性能得到更大的提升。

SATA协议的这些限制使PCI
Express(PCIe)成为存储介质未来的逻辑接口,同时也基于为SATA/SAS标准设计的传统SCSI软件栈。PCIe插槽直接连接到CPU(提供类似内存的访问),并在一个较小的软件堆栈运行(参见图1),PCIe接口可以减少数据传输延迟,同时增加传统SATA/SAS的带宽。虽然PCIe接口是朝着正确方向迈出的一步,但每个SSD硬盘都需要自己的专有驱动程序,由于缺乏标准化,这增加了复杂性和不兼容性,因此为SSD厂商开展了更多的开发工作。因此,NVMe协议应运而生。

配置固态硬盘的服务器可以用于各种用途,也可以作为共享存储基础架构的补充和加强,而不是替代。在我们下一个章节中将着重探讨更加理想的应用案例,包括导入,高速缓存,空间和使用固态硬盘来替代动态随机存储器内存。

  服务器选择配置哪款固态硬盘取决于用户需要解决什么样的性能问题和服务器适合安装那种固态硬盘。许多PCI
SSD需要体积充足的PCI插槽,大部分1U和2U服务器都无法满足。在这些情况下,硬盘驱动型固态硬盘或者SSD
DIMM就是更好的选择,或者说甚至是唯一的选择,这取决于是否有硬盘或者双列直插内存模组可用。

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固态硬盘选择。这绝对是一个很好的时候来考虑一下SSD盘的使用策略。使用了SSD将极大程度减少传统硬盘的购买,与此同时,还能加速那些对I/O要求较高应用的运行效率。但是在考虑SSD的时候,不能完全将其作为传统HDD的替代方案来考虑,更应该考虑的是SSD的使用策略。并不是所有的应用都需要使用SSD,SSD固态硬盘之间也不尽相同,因此针对不同的场景和应用,需要做一些对应的研究和调查来判断究竟是否合适闪存盘或者适合哪种类型的闪存盘。此外,基于服务器的PCIe插槽卡也能提升存储空间并帮助性能提高。在很多服务器或者存储阵列里,SSD盘可以放在SDD插槽里,智能软件将能根据数据的“繁忙程度”,自动把数据在SSD盘和传统磁盘之间切换。因此,我们会在考虑替换传统HDD盘时,说有不同的固态硬盘可以供选择,需要具体规划和考虑。

  配置固态硬盘的服务器可以用于各种用途,也可以作为共享存储基础架构的补充和加强,而不是替代。在我们下一个章节中将着重探讨更加理想的应用案例,包括导入,高速缓存,空间和使用固态硬盘来替代动态随机存储器内存。

图1 SATA和SAS SSD与PCIe SSD的软件堆栈的比较

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非易失性存储器(NVME)是基于NAND闪存的固态硬盘(SSD)的标准协议和驱动程序。NVMe的接口由行业领先的存储,网络和服务器供应商(NVMexpress.org)的开放行业联盟开发,提高了基于PCIe的服务器和SSD的非易失性的存储性能,并消除SCSI命令栈和直接连接存储(DAS)与传统HDD接口相关的瓶颈。它是固态介质特有的独特调整的I/O架构,可以去除传统的HDD接口障碍。在概念上,只需要一个驱动程序可以让每个SSD符合标准。

NVMe兼容的固态硬盘(SSD)可以提供高达10倍的基于SATA协议的SSD的读取性能,从而在更少的设备上运行更严格的应用程序工作负载,并使物理硬件的体积更小。最初用于高性能和大容量负荷(溢价成本)的基于NVMe的固态硬盘(SSD)现在可以在之前为基于SATA标准的SSD预留的数据中心的其他领域服务,并且还创建了被广泛采用的计算和存储的融合。

NVMe和固态硬盘

NVMe协议将PCIe闪存存储扩展到新的级别。它是专门针对非易失性固态存储架构优化的。它具有精简的内存接口,命令集和队列设计,非常适合当今的虚拟操作系统。此外,它直接连接到CPU(通过PCIe总线,)可简化存储设备堆栈,并提供比传统SATA/SAS协议更快的性能。因此,所有主要的服务器制造商都实现了对基于NVMe的U.2固态硬盘(2.5英寸格式)的支持,这使其出货量增长,并将很快超过SATA固态硬盘。