固态硬盘 SSD缓存说明

引言

随着企业业务的高速发展,工作负载巨大的企业应用,往往受制于现有硬盘(HDD)的性能。当前虽

然HDD容量得到了惊人的扩展,但是性能的提升却远远落在了后面。而另一方面,联机事务处理系

统(OTLP)、网络服务器、文件服务器或数据库,又有改善读性能的迫切需求。在这种情况下,Infortrend

利用自身独有的缓存技术—SSD缓存,发挥SSD高吞吐量和低延迟的特点,在频繁访问需求量大的

重要数据时,提高读性能,从而提高系统的整体性能,并缩短系统响应的时间。

什么是SSD缓存?

缓存作为一个组件,能够透明的存储数据,让数据运行得更有效率。缓存是存储的基本组成部分,特

别在支持读能力要求极高的应用时,它起到的作用更为重要。由于控制器缓存的容量有限,SSD缓

存则利用高速的SSD硬盘扩展存储缓存池的容量,保存频繁访问的数据。当SSD缓存池的容量增加

时,缓存的读命中率从也得到改进,换句话说,更多的热数据能够保存在SSD缓存中,以后这些数

据的请求,将会执行的更快。同时,读取能力也将大幅度的得到提高。

Infortrend SSD缓存池的优点

大多数情况下,如果应用的工作负载大部分都与读写相关,而重复读的比例很少,那么SSD缓存有

以下优势:

1. 增强读性能

SSD缓存利用智能算法,增加读取密集的工作负载,例如联机事务处理系统(OTLP)、和数据库

等应用,随机读非常小的数据块I/O,在这种情况下,SSD缓存能够明显改善读取性能。有SSD

缓存的存储系统,与没有SSD缓存的同等机型相比,可以将OLTP工作负载的IOPS提升2.5倍。

同时延迟降低。应用的实际工作负载与用户的访问行为也得到改善,从整体上提高性能水平。

2. 智能固件与管理算法

智能固件自动分析数据访问行为,识别连续或随机I/O行为。顺序的读写不会到SSD缓存池,只

会将随机读数据存储在SSD缓存池当中,将SSD的使用效率提升到最高。更准确的说,固件自

动将访问最频繁的读数据,在合适的时间,从控制器缓存放置到SSD缓存池中。以后系统再收到

相同数据的读请求时,热数据将直接从SSD缓存读取。在数据放置到SSD的时候,独有的写算

法同时优化写的方式,延长SSD的使用寿命,这彰显了Infortrend SSD缓存技术拥有高可用性和

高性价比。该解决方案在提升性能的同时,通过减少硬盘的读写延长硬盘的使用寿命。

3. 简单直观的GUI设计

SSD缓存功能完全集成到Infortrend形象直观的SANWatch和内置的RAIDWatch GUI中。设置

简单,便于维护管理。用户还能监控SSD缓存池的状态,查看每块SSD的剩余使用寿命。更多

信息请参考第8页“关于SSD 平均擦写数”的章节。

固态硬盘 (SSD) 缓存: 释放存储潜力,增强存储系能

图1: 直观SANWatch GUI 设计

Infortrend SSD缓存

Infortrend SSD缓存池怎么工作

SSD缓存一旦启用,并且在实际应用中运行了一段时间,智能固件记录统计数据,并立即更新控制

器缓存内的数据热度。根据数据的热度,固件将在适当的时间段,从控制器缓存中,自动将随机频繁

访问的小数据拷贝于SSD缓存池。通过顺序写I/O模式避免数据密集的写入SSD,从而确保SSD

的使用寿命。通过数据块预测模式,将硬盘的热数据预读到SSD缓存池中,直到主机应用产生的热

数据充满SSD缓存池,以此加快读的速度,改善读的性能。对于小于等于16KB的数据,即使只被

读过一次,也将会直接拷贝到SSD缓存池中。而对于大于16KB的数据,并且已经被固件识别为热

数据(已读取过若干次),将会被归为频繁访问的热数据,保存在SSD缓存池中。热数据将有两份,

一份在SSD缓存,一份在硬盘中。

通常情况下,收到读请求后,系统将检查相关数据是否在控制器缓存中。如果数据在控制器缓存中,

系统会直接将数据发送到主机。另一方面,请求的数据如果不在控制器缓存中,系统将去查看SSD

缓存池。如果数据依据实时热度,已经拷贝到SSD缓存池中,存储会直接从SSD缓存池读取数据,

将数据发送到主机。否则将从运行较慢的设备中访问请求的数据。因此,如果缓存命中发生的次数越

多,SSD缓存池能够支持的请求也就越多,总体性能和平均响应时间也能得到改观。

图 2: SSD 缓存如何工作

SSD缓存池的要求

1. 固件与SANWatch的要求

2. SSD缓存许可证

SSD缓存功能需要许可证, Infortrend也提供30天的试用许可证。

图3: EonStor DS 许可证信息3. 控制器缓存容量V.S.SSD缓存池最大容量

一旦启用SSD缓存池,控制器缓存将使用一部分空间保存热度记录,缓存热度记录所占用的空间决

主机读请求

发送数据到主机

缓存命中

系统从SSD缓存池读

取数据

系统从HDD读取数据

无缓存命中

定了SSD缓存池支持的最大容量。如果用户为每个控制选择了2GB的空间,单控型号的SSD缓存

池大小将最大支持到150GB,双控型号的大小将最大支持到300GB。

与SSD相比,控制器缓存更为经济。另外,写缓存也可以保存在控制器缓存。因此我们建议EonStor

DS用户将控制器缓存升级到每个控制器16GB,购买合适的SSD硬盘作为缓存池(根据自身的需要

和预算),获得最佳的性能。

4. 重置控制器开始操作

启用SSD缓存池功能的最后一步牵涉到重置控制器。默认控制器缓存不分配任何空间保存热度记录。

因此,控制器需要在第一次重置,才能开始分配相应的缓存空间,保存热度记录。控制器重置后,SSD

缓存功能激活,管理起来就非常容易了。添加或移除SSD没有必要再重置或重启系统。可以通过

SANWatch或内置RAIDWatch的GUI进行直观的操作。

5. SSD要求

当前,一个控制器可以支持4块SSD。如果用户要执行SSD缓存功能,请检查每块SSD硬盘的

具体型号是否出现在Infortrend合格供应商列表(QVL)上。只有在我们QVL上的SSD硬盘才

能如之前所述,用于增强性能。

如何使用SSD缓存

一旦用户购买并申请了SSD缓存许可证,点击“SSD缓冲池”,点击“添加磁盘”。

2. 选择添加SSD硬盘到SSD缓存池,完成后,点击确定。

3. 出现弹窗,询问是否要重置控制器,使缓存生效。

4. 一旦重置完毕,你可以看到SSD缓存池的状态显示为“启用”。用户可以在SSD缓存

池中添加或移除SSD,或者无需重置控制器,即可禁用SSD缓存功能。另外,用户可

以在SSD缓存池状态页面,检查每块SSD的剩余使用寿命的百分比。

关于 SSD 平均擦写数

与HDD硬盘不同,SSD技术总体的写性能受其使用寿命的限制。换言之,SSD硬盘仅支持固定的

擦写数。为了协助用户监控SSD的剩余寿命,以便预先计划,Infortrend存储解决方案支持的GUI

设计直观,内部显示通俗易懂的动态统计数字,以便向用户示警,因SSD有限的写生命周期而造成

的影响,得以大大降低。

平均擦写数应用于NAND 闪存,这是一项SSD厂商开发的技术。将擦写分散到每个块区,用以延长

SSD生命周期。NAND闪存对反复擦写造成的损耗极为敏感,尤其是每天业务应用中常见的擦写。

为了避免对同一个块区反复擦写,平均擦写持续影响SSD逻辑块重新分配在不同页面,将擦写损耗

平均分配到每个块区,延长SSD总体的使用寿命,以及读写的生命周期。

查看SSD剩余寿命

Infortrend提供配置剩余寿命阈值的设定,通知用户SSD已经到达监控的阈值,可能需要采取相应的

措施。这些措施包括数据复制、数据迁移、SSD更换等。根据应用的特点,用户可以从下图的选项

处修改阈值(禁用/ / 5/ 10/ 20/ 25/ 30/ 35/ 40/ 45/ 50%),阈值默认设置为10%。当SSD的剩余寿

命到达用户设置的阈值时,将会出现相关事件的提示,并记录在日志当中。

图 1:用户定义SSD剩余寿命通知的阈值

在GUI上查看SSD剩余寿命的其他方式

1. 机箱视图

2. 磁盘细节

3. SSD 缓存池的状态

结论

Infortrend SSD缓存是智能的解决方案,针对读取密集的应用,有效改善读性能,大幅度降低延迟,

支持大容量缓存池。设置简单,可以在Infortrend直观的GUI上进行管理维护。强烈建议在具有下列

应用特点的系统上使用:具有大量的读取行为,但重复密集读取较少。

如果SSD生命周期已经到达规定期限,监控功能会警告用户。用户通过准备或执行应对措施,如数

据转移、数据迁移或更换SSD,有效的接管SSD的作用,确保数据得到全方位的保护。

大幅度提升系统性能 大容量缓存池保存更多热数据

·每个控制器可使用4块SSD

·SSD缓存池容量可达到3.2TB

用户友好

·所有操作完全集成在Infortrend

直观的GUI

·设置管理简便

·缓存池自动操作,无需特殊照管

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20190828A06JUC00?refer=cp_1026
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