淺析固態(tài)盤應(yīng)用程度及文件系統(tǒng)難題

基于閃存的固態(tài)盤（SSD）正在成為企業(yè)存儲(chǔ)用戶的一個(gè)大難題；和我一起工作的很多用戶出于很多原因正打算采用這種新型“Tier 0”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可能這些原因非常簡(jiǎn)單，比如每瓦IOPS、每單位成本IOPS、（或者對(duì)于某些應(yīng)用來說）每GB/s存儲(chǔ)的帶寬。

相比傳統(tǒng)磁盤存儲(chǔ)來說，固態(tài)盤有很多缺點(diǎn)，到目前為止最大的缺點(diǎn)恐怕就是成本了。有人說，因?yàn)殚W存固態(tài)盤的出現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)硬盤很快將成為歷史，但我認(rèn)為這在短期內(nèi)是不太可能發(fā)生的，即使發(fā)生了，取代了旋轉(zhuǎn)硬盤的設(shè)備也不會(huì)是基于閃存的，并且不會(huì)在這個(gè)十年結(jié)束之前出現(xiàn)。廠商們說磁帶將走向滅亡已經(jīng)說了20多年了，但是磁帶至今仍然在數(shù)據(jù)保護(hù)策略中扮演著重要的角色�？瓷先ニ坪醵鄬哟鎯�(chǔ)將一直存在。

這是關(guān)于閃存固態(tài)盤部署系列文章的第一篇，將談到適用于閃存的應(yīng)用，以及一些用于部署的文件系統(tǒng)和其他等問題。第二篇文章將談到硬件問題，第三篇將談一談固態(tài)盤設(shè)計(jì)和所使用的SAS以及RAID控制器。

適用于固態(tài)盤的應(yīng)用

我們都知道，高IOPS架構(gòu)有利于數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用，但是當(dāng)你嘗試向架構(gòu)中引入閃存固態(tài)盤的時(shí)候你應(yīng)該考慮些什么？

對(duì)于應(yīng)用來說，固態(tài)盤真正的好處包括小塊I/O請(qǐng)求的延遲�，F(xiàn)在，大多數(shù)企業(yè)級(jí)固態(tài)盤很輕松地就可以保持40000的讀取IOPS和30000的寫入IOPS，而最快的2.5英寸1.5萬轉(zhuǎn)硬盤只能做250個(gè)隨機(jī)IOPS。當(dāng)然，你需要硬件來實(shí)現(xiàn)這一性能，后面的第二篇文章我們將談到這個(gè)問題。

顯然使用密集的數(shù)據(jù)庫(kù)可以從固態(tài)盤技術(shù)中獲益，最突出的要算數(shù)據(jù)庫(kù)索引了，其次是數(shù)據(jù)庫(kù)日志文件。這些文件一般要比表格空間小，而且通常是保存在1.5萬轉(zhuǎn)硬盤中的，甚至經(jīng)常受到性能方面的限制。像iostat這樣的性能工具、sar和其他等性能監(jiān)控工具通常被用于評(píng)估與這些設(shè)備相連接的LUN附加存儲(chǔ)的延遲。

盡管閃存存儲(chǔ)相比旋轉(zhuǎn)磁盤來說仍然是非常昂貴，但是了解閃存所能帶來的潛在好處是非常關(guān)鍵的。如果你的設(shè)備上有較大型的命令隊(duì)列，而且每個(gè)命令的延遲較高，那么也許你的數(shù)據(jù)庫(kù)比較適合于使用閃存存儲(chǔ)。

閃存的文件系統(tǒng)難題

另外一個(gè)新出現(xiàn)可利用閃存的潛在領(lǐng)域就是文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)�，F(xiàn)在有很多文件系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)分離開來的，這樣我們就可以把元數(shù)據(jù)保存在固態(tài)盤上。這種類型的文件系統(tǒng)將變得越來越普遍。順便說一下，當(dāng)我與文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)者交流，或者我自己設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)的時(shí)候，我個(gè)人比較推崇這種文件系統(tǒng)。這種方法很有意義，因?yàn)樵獢?shù)據(jù)通常有不同的訪問模式。除了文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)以外，與數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，對(duì)于那些有日志的文件系統(tǒng)來說，這些文件系統(tǒng)的日志也適合保存在固態(tài)盤中。

對(duì)于大多數(shù)閃存固態(tài)盤來說，最大的問題之一就是它們的讀寫限制在4096字節(jié)范圍內(nèi)。你可能會(huì)認(rèn)為這并不算是個(gè)問題，因?yàn)樗饕��?jié)點(diǎn)大多數(shù)是512字節(jié)的，而且就我所知文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的分配通常是成對(duì)的。這時(shí)候出現(xiàn)的問題我們通常稱之為文件系統(tǒng)超級(jí)塊（superblock）。超級(jí)塊包括關(guān)于文件系統(tǒng)的基本信息：用于文件系統(tǒng)的卷和位置，配置和可調(diào)節(jié)的大小，分配映射表和其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)的不同種類。一些文件系統(tǒng)不會(huì)將超級(jí)塊設(shè)定在4096字節(jié)。這對(duì)于緩存大小固定的RAID控制器來說顯然是一個(gè)問題，而且對(duì)于閃存設(shè)備也是一樣的。這并不是說性能十分糟糕，但是對(duì)于大多數(shù)企業(yè)級(jí)閃存設(shè)備來說，在4096字節(jié)的限制基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整和讀寫性能降低達(dá)50%已經(jīng)是很不錯(cuò)的了。這要比磁盤好多了，但是對(duì)于一種高成本設(shè)備來說，為什么要浪費(fèi)那50%的性能呢？

對(duì)于我們這些有幸擁有足夠預(yù)算為文件系統(tǒng)購(gòu)買固態(tài)盤的人們來說，你需要考慮文件系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)。有些文件系統(tǒng)的配置是允許超過64KB的，那么使用大型配置對(duì)于基于磁盤的文件系統(tǒng)來說是有利的，而且你可以為浪費(fèi)空間買單。因此，如果你的配置是1MB，在磁盤上保存了很多大容量文件和一些小容量文件，每個(gè)文件的大小都在幾MB，那么犧牲小型文件的空間但是有效地配置大型文件，這樣你就不需要遵循以往針對(duì)大型文件的常規(guī)配置。固態(tài)盤能夠起到幫助作用，因?yàn)樵獢?shù)據(jù)的分配開銷很小，因此遵循常規(guī)分配方式往往不會(huì)影響到性能。盡管固態(tài)盤空間的成本很高，但是當(dāng)你既有大型文件又有小型文件的時(shí)候使用大型分配方式并沒有太大意義。按照最小的文件那樣進(jìn)行分配，這樣就不會(huì)浪費(fèi)寶貴的固態(tài)盤空間。例如，我的筆記本電腦使用了固態(tài)盤，我設(shè)置NTFS為1024字節(jié)，而不是默認(rèn)的4096字節(jié)，因?yàn)槲抑�道我有很多小型文件�?/p>

其他固態(tài)盤軟件問題

當(dāng)利用閃存固態(tài)盤設(shè)備滿足高IOPS需求的時(shí)候，你還要考慮到其他一些軟件規(guī)劃的問題。例如，如果你在固態(tài)盤上將元數(shù)據(jù)分為文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，那么你的備份和找回程序需要能夠訪問固態(tài)盤。有時(shí)候這些程序有一些認(rèn)證的硬件，那么你需要確保固態(tài)盤是支持這些硬件的。

到目前為之最大的問題恐怕就是你需要多大的空間了。如果你使用固態(tài)盤來保存文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)或者日志、數(shù)據(jù)索引或者日志的話，那么空間計(jì)算就會(huì)變得極其復(fù)雜。文件系統(tǒng)中的超級(jí)塊通常很小，不便于計(jì)算。往往管理員也不了解目錄中的文件數(shù)或者目錄數(shù)。文件系統(tǒng)的不同空間分配也是不同的，你肯定不希望空間被占滿，因?yàn)槟銦o法添加更多文件或者完成請(qǐng)求中的文件寫入操作。文件系統(tǒng)日志也是一樣。在數(shù)據(jù)庫(kù)方面也面臨和文件系統(tǒng)一樣的問題。你不希望空間被占滿，但是用于索引和日志的空間是很容易計(jì)算出來的。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)來說，另外一個(gè)需要考慮的就是，如果你在文件系統(tǒng)上運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的話，你就需要計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)的空間需求。所有這些都會(huì)變成一個(gè)難題，因?yàn)楣虘B(tài)盤的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁盤的成本，因此浪費(fèi)空間在我看來是非最優(yōu)的。

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