存儲極客丨Scale-Out與全快閃記憶體似乎天然配對兒

本文作者：冬瓜哥

Scale-Out的分散式系統為何離不開SSD/全快閃記憶體？如果沒有快閃記憶體，Scale-Out為什麼就讓人感覺火候不太夠？而Scale-Out的出現，除了得益於快閃記憶體助力，還有什麼其他因素么？本文冬瓜哥就來分析分析。

本文組織

① Dell EMC XtremIO X2簡介

② 說說Scale-Out架構與全快閃記憶體

Dell EMC XtremIO X2簡介

2018年5月1日，Dell EMC在Dell Technologies World宣布了最新的計算和存儲產品。

戴爾在5月8日宣布了對XtremIO X2的一些重要改變，XtremIO X2在其軟體中添加了新功能（提供了將變化數據複製到目標系統的複製方式），這將減少在進行本地複製時傳輸的數據量。戴爾還宣布，未來版本的XtremIO X2將支持NVMe SCM。

Dell EMC的XtremIO X2為一款具備橫向擴展能力的全快閃記憶體陣列。其相比上一代XtremIO的提升如下圖所示：

每個陣列單元稱之為X-Brick。每個X-Brick單元可配置18~72個SSD。

上圖為XtremIO X2全快閃記憶體陣列X-Brick模塊外觀圖。每個X-Brick高度為1U，分別由Storage Controller、DAE（SSD擴展櫃）、UPS電源組成，每個控制器為1U雙路伺服器，每個X-Brick配置了4個16Gb光纖通道埠、4~8個10GbiSCSI埠、4個56Gb Infiniband埠（每Controller配置2個）以及2個1Gb的管理埠。

下圖所示為XtremIO X2的X-Brick架構。每個控制器運行了一個定製化的輕量級的Linux內核——XIOS。為了獲取最高的性能，I/O處理模塊直接運行在用戶態，直接操作底層硬體。節點間互聯採用基於Infiniband網路的RDMA方式。

XtremIO X2已經在實驗室環境中實現了8個X-Brick（16個節點）甚至更大的集群，Dell EMC估計也會很快提供8個X-Brick配置的陣列。從理論上看，8個、16個X-Brick和32個X-Brick並沒有區別，但是涉及到很多測試和實際應用場景，即客戶當前是否需要這麼大的容量和性能。

X-Brick具有非破壞性XIOS軟體及硬體升級、擁有高可靠性的熱插拔升級，且不存在著單點故障。集群化的XtremIO X2陣列中各個X-Brick可以擁有不同存儲容量；集成了VMware VAAI、VMware多通道I/O支持，數據分卷能夠誇整個系統；擁有豐富的數據保護功能。

XtremIO X2全快閃記憶體陣列將數據分為4KB的散列塊，這些4KB的散列塊完全打散，不按照邏輯地址進行排列存儲，而是根據物理位置進行安置。如下圖所示：

數據天然帶有指紋hash，這也是XtremIO X2實現重複數據消除的基礎。

其他一些產品也使用了類似策略，但是其數據存儲方式一般都是基於邏輯地址，時間久了之後不可避免的就會產生磁碟碎片化，從而對性能產生影響。XtremIO全快閃記憶體陣列的策略則是將數據徹底的打亂完全碎片化，基於4KB的數據塊通過指紋來識別、存儲、管理等。一方面可以實現全局磨損均衡，另一方面可以讓重複數據消除變得非常容易。

XtremIO的數據保護機制XDP，通過雙階數據引擎避免了RAID5、RAID6的寫放大外，達到了RAID6的保護效果。

說說Scale-Out架構與全快閃記憶體

分散式系統的發展有三個技術條件，分別為：高速網路、大容量硬碟、固態介質。這三者徹底解放了分散式系統的生產力。通俗一點說也就是：網路快了、盤容量大了、盤速度快了。

高速網路

高速網路是分散式系統賴以生存的根本，分散式存儲系統早在上世紀中後期就已經形成了理論基礎，但是一直到近幾年，網路的時延和帶寬才足以支撐分散式系統架構。

大容量硬碟

為了降低成本，業界興起所謂軟體定義，也就是利用廉價白牌機或者標準的機架伺服器，加上分散式存儲軟體管理層，搭建出軟體定義分散式存儲系統，與傳統的SAN存儲系統瓜分市場。

固態介質

而分散式系統的大行其道，極大的促進了固態存儲的需求量，因為為了成本考量，分散式系統中每個節點往往不會連接多級JBOD從而靠大量的硬碟形成高並發性能，而是只靠每個伺服器自帶的少量盤位，加上固態盤來抵消跨網路通信帶來的時延增加，形成讓傳統機械盤系統望塵莫及的IOPS和時延性能。

所以，Scale-Out與固態盤可以說是天然的一對兒，固態存儲系統用於Scale-Out分散式系統是非常自然的一種需求。

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