50多年以來，磁盤驅(qū)動器一直作為主要數(shù)據(jù)的存儲途徑，但其地位在今天正在受到挑戰(zhàn)。隨著價格的下降以及穩(wěn)定性的提升，固態(tài)存儲開始逐步打入企業(yè)級市場；并且隨著固態(tài)存儲產(chǎn)品中增加的磁盤驅(qū)動器技術(shù)，出現(xiàn)了大量提供全閃存陣列產(chǎn)品的新興企業(yè)。

    雖然在傳統(tǒng)的陣列中部署固態(tài)驅(qū)動器的方式已有數(shù)年之久，但這種簡單地將磁盤驅(qū)動器替換成固態(tài)驅(qū)動器的方式卻無法保證高性能。正如我們所能預(yù)見的，要實現(xiàn)固態(tài)驅(qū)動器和閃存的最佳效能，其處理方式和傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)磁盤完全不同。

    SSD之間的差異

    固態(tài)驅(qū)動器產(chǎn)品中包含了閃存和控制器電路，工作方式和通常的磁盤驅(qū)動器類似�，F(xiàn)今該產(chǎn)品有兩種使用類型，單層式存儲（SLC）和多層式存儲（MLC）。單層式存儲驅(qū)動器在每個單元內(nèi)存儲一位字節(jié)，而多層存儲驅(qū)動器能夠在每個單元內(nèi)存儲多個字節(jié)（通常是兩位）。就每GB而言，SLC驅(qū)動器的價格更加昂貴，不過使用時間也更長并且通常較MLC產(chǎn)品而言性能更快。MLC驅(qū)動器每GB相對便宜一些，不過在耐用性（在讀寫操作中出現(xiàn)不能修復(fù)的錯誤之前的使用時間）確實是一個問題。一些供應(yīng)商同時也推出了第三類閃存，企業(yè)級多層式存儲（eMLC），品質(zhì)較MLC更好，提供更長的使用時間。

    閃存可以包裝成磁盤驅(qū)動器的樣子，模擬標(biāo)準(zhǔn)的SAS或SATA協(xié)議。絕大多數(shù)供應(yīng)商會選擇使用這些接口用于SSD部署，不過雖然接口一樣，SSD和HDD的特性完全不同。

    磁盤驅(qū)動器天生屬于機械類，所需要的物理移動造成了I/O運作時的延遲。HDD在處理高隨機工作負(fù)載效率尤其低下，因為需要不斷將讀寫磁頭移動，不過在順序讀或?qū)懖僮鲿r，其表現(xiàn)不錯。

    而SSD沒有要移動的部件，在順序或隨機I/O時都不會造成額外的負(fù)擔(dān)，這使得SSD在某些場合下十分有效，比如虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）。

    固態(tài)驅(qū)動器較磁盤驅(qū)動器在讀寫方面都有數(shù)量級上的提升；一塊通常的SSD驅(qū)動器即便在隨機I/O的使用環(huán)境下也能夠達(dá)到100，000的IOPS。同時，較之于磁盤驅(qū)動器，SSD的重量也更輕，并使用更少的能耗，對于許多企業(yè)存儲陣列的總體擁有成本（TCO）也有不小的影響。

    SSD的缺陷

    除了這些表面的優(yōu)勢，SSD也絕非完美的驅(qū)動器，有其自身的缺陷。最為明顯的是閃存的有限寫操作周期，SSD最終會損耗殆盡。通常，SLC閃存的耐久度大約為100，000次寫周期；MLC閃存則少了一個數(shù)量級，每個數(shù)據(jù)單位只有大約10，000次。除了這些，數(shù)據(jù)的存儲和讀取也并不完全可靠。廠商方面應(yīng)用了許多技術(shù)來擴展使用周期，包括損耗平衡、糾錯編碼、壞數(shù)據(jù)塊重新映射以及過量配置。

    SSD的響應(yīng)時間同樣有可能不一致。數(shù)據(jù)寫入SSD時會送到整個驅(qū)動器上以確保每個獨立單元均勻磨損。這一流程稱為損耗平衡。隨著新數(shù)據(jù)的寫入，各單元塊會被重新標(biāo)記回收。隨著一塊SSD達(dá)到較高的利用率或?qū)懖僮�，該回收過程可能會因為無效數(shù)據(jù)區(qū)域的覆蓋操作延緩響應(yīng)時間。很顯然，這種情形是低延遲環(huán)境中所不可取的。

    是否要效仿磁盤驅(qū)動器

    將閃存包裝成傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動器一樣的形式有不少明顯的好處。其可以簡單地整合到盤陣中取代現(xiàn)有的磁盤驅(qū)動器，并且其支持現(xiàn)有的協(xié)議和形狀。絕大多數(shù)SSD陣列供應(yīng)商會這樣選擇，使用常見的SSD作為標(biāo)準(zhǔn)形狀。不過，有兩家廠商并沒有這樣做。

    Nimbus Data System公司設(shè)計了其自有的SSD驅(qū)動器，其稱為企業(yè)級閃存模塊（EFMs）。這些定制化的eMLC驅(qū)動器工作在Nimbus的S系列和C系列存儲陣列中。EFMs有專用的控制器軟件和額外的本地非易失性RAM（NVRAM），使得寫操作完成后迅速確認(rèn)而無需等數(shù)據(jù)回復(fù)到閃存上。

    Violin Memory公司使用其定制化的Violin智能化內(nèi)存模塊（VIMMs）。這些驅(qū)動器在三口的交換機中整合了閃存和控制器邏輯，提供一個陣列內(nèi)和其它VIMMs的冗余連接以確�？捎眯�。

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本文標(biāo)題：全閃存陣列解析：固態(tài)硬盤的類別和缺陷

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