藍光存儲在數據中心的應用

我們一般接觸到的存儲是機械硬碟HDD或固態硬碟SSD，其實還有磁帶庫、藍光等海量存儲介質，比如Facebook數據中心就採用了藍光存儲。

阿獃最近在SSDFans微信群看到一個華錄藍光存儲的PPT，摘錄出來分享給讀者。

一個DA-BH7010藍光存儲機櫃最大容量為1.64PB，機櫃的基本結構如下圖，上面是6個6U的光碟單元，最底下是電源和控制伺服器。

藍光存儲基本結構

看看藍光存儲的基本結構，如下圖，左邊是光碟匣，右邊是光碟機陣列，下面是機械手，最後以SAS介面連到伺服器，包含了RAID和機械手控制器以及驅動。

上層系統

以各光碟匣為單位進行管理→容量為3.6TB

將光碟匣分為2組（6張碟片為一個單位），送入光碟機

光碟機系統，6台光碟機為一組，使用RAID0/5/6，刻錄讀取數據

【特點】

以光碟匣為單位進行數據的刻錄、讀取。

可以保證高傳輸速度、RAID冗餘、離線管理等。

刻錄數據較大時，可以使用Reed-Solomon。數據小時，因為在傳輸速度上沒有優勢，所以採用方案1的方式，光碟機的效率更高。

【優勢/不足】

以光碟匣為單位管理數據。使用RAID保護數據。可以進行離線管理。

若要實現設備間的冗餘，需要鏡像處理，所以系統成本提高。

另一種模式就沒有RAID了，光碟機分別控制。

上層系統

以各碟片為單位進行管理→容量為300GB

根據需要，將碟片送入光碟機

以光碟機為單位進行控制、數據的刻錄與讀取

【特點】

以碟片為單位進行數據的刻錄、讀取。雖然能夠有效的使用光碟機，但是傳輸速度下降。

Reed-Solomon分割的數據，刻錄在不同的碟片中。

各碟片放置在不同的機櫃中，即使設備本身出現問題，也能正常讀取數據。

如果各碟片放置在不同的數據中心，即使一個數據中心出現問題，也不影響數據的正常讀取。

【優勢/不足】

可以實現設備間冗餘，數據中心間冗餘。

因為搭載多個光碟機，文件大小可以滿足多個用戶同時訪問的要求。

離線管理困難。

最後一種模式是最上層做成NAS、對象存儲。

上層系統

以卷為單位進行管理→容量可調

將光碟匣分為2組（6張為一個單位），分割至每個卷使用

採用NAS、Object Storage的刻錄讀取方式，可以進行文件的訪問

【特徵】

有NAS、對象存儲等介面，與現存系統的連接性高。可以與普通的ISV相連接。

因為以光碟匣為單位進行數據的刻錄、讀取，可以保證高傳輸速度、RAID冗餘、離線管理等

【優勢/不足】

以光碟匣為單位管理數據、使用RAID保護數據、可以進行離線管理。

若要實現設備間的冗餘，需要鏡像處理，所以將提高系統成本。

Facebook藍光存儲

facebook是世界上最大的圖片分享網站

2013年活躍用戶的數量達到11.5億人，每天上傳照片數量超過3.5億張

2015年活躍用戶的數量超過15億人，單日使用量突破10億人次

facebook保存了數目龐大的照片數據

目前累計上傳照片數量超過6000億張

對於每張照片，facebook存儲大小不同的四個版本（在某些場景下只需展示縮略圖）

意味著：facebook伺服器上存儲著2.4萬億張照片

下圖是社交網站圖片的訪問頻率隨時間的變化趨勢，剛上傳後訪問頻率最高，後面逐漸降低，一年後就成了偶爾訪問。存儲介質也是分級存儲，從全快閃記憶體、SSD到HDD、光碟。

facebook保存大量圖像數據。為了滿足實時性要求，在Hadoop系統上保存圖像數據。

作為Hadoop發生故障時的候補，在光存儲系統上存儲Hadoop的備份。

為了提升備份效率，使用Reed Solomon符號在光碟上分散記錄。

Facebook最終採用了藍光光碟作為冷存儲介質：

用戶照片等數據需要長期保存,現有介質成本高、可靠性低

與硬碟相比整體成本削減50%以上 [成本包括：設備成本、能耗成本、網路成本、機房成本、人員成本、運營成本]

耗電量降低80%以上 [光碟庫工作功耗遠低於硬碟，且不需要空調冷卻系統——光碟庫工作能耗為88W,採用外部空氣過濾系統替代空調冷卻系統]

異地備份方案

在冷存儲更新頻度低的前提下，地理上分離的多個場所間作數據冗餘

以冷數據為對象搭載異地備份（Geo Replication）功能

由於有數據中心間的冗餘功能，數據中心內的冗餘設備廢止（２系統供電、UPS、自備電源、迴路２重化、防震構造等），數據中心大幅降低成本，在這個基礎上雲服務成本大幅降低

facebook已在Prineville的Forest City進行商用，Google已在Spanner上實現

異地備份使可用性和吞吐量性能同時實現

藍光存儲的未來

先看看藍光存儲技術路線圖，2023年單盤可以到幾TB容量。

未來的光存儲技術還有：

全息光存儲技術（美國InPhase,日本日立、NHK)； InPhace 1.6TB/盤； 日立2TB-8TB/盤

雙光束超分辨技術 (澳大利亞 顧敏院士，武漢光電國家實驗室）

實驗裝置水平： 可實現單盤15TB容量

最新實驗結果：9nm特徵尺寸 理論上可達單盤 1PB

多維技術 (英國南開普敦大學)

開發成功採用納米晶瑲璃的5維光碟，存儲壽命可超過億年，實現永久存儲.

In glass 5D: 369TB/disc

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