固態(tài)硬盤在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：傳統(tǒng)硬盤在使用過程中受制于機(jī)械架構(gòu)的影響導(dǎo)致主軸轉(zhuǎn)速的提升空間極其有限，甚至在噪音發(fā)熱以及使用壽命方面也存在不足。固態(tài)硬盤的出現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)硬盤使用的有效補(bǔ)充，憑借自身能耗低、防震、高速等優(yōu)勢固態(tài)硬盤有著不可預(yù)估的發(fā)展前景，在企業(yè)級(jí)高端存儲(chǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的就是固態(tài)硬盤。本文從固態(tài)硬盤的定義與分類出發(fā)，就固態(tài)硬盤在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用問題進(jìn)行了細(xì)致分析。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)硬盤；固態(tài)硬盤；存儲(chǔ)系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP333.35

當(dāng)前服務(wù)器系統(tǒng)中主要的性能障礙體現(xiàn)在存儲(chǔ)系統(tǒng)方面，這與硬盤的使用性能有著密切關(guān)聯(lián)。隨著內(nèi)存性能的不斷提升，即便傳統(tǒng)硬盤在使用性能方面有所提高，然而它與子系統(tǒng)之間的差距已然拉開，這對(duì)于服務(wù)器系統(tǒng)而言顯然是極為不利的影響。存儲(chǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)量的增多勢必將導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的提升，不斷加重的存儲(chǔ)負(fù)載對(duì)于讀寫硬盤提出了更高的要求，顯然當(dāng)前傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤的讀寫功能已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)的實(shí)際存儲(chǔ)需求，這樣的供需矛盾亟需得到解決。相較于傳統(tǒng)硬盤而言，固態(tài)硬盤不僅無噪音、能耗低、速度快，并且在使用過程中沒有任何碎片產(chǎn)生，固態(tài)硬盤在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用有效地改善了系統(tǒng)的整體性能，其發(fā)展前景不可估量。

1 固態(tài)硬盤的概念論述

1.1 固態(tài)硬盤的定義

固態(tài)硬盤也有固態(tài)電子盤或電子硬盤之稱，它主要由固態(tài)存儲(chǔ)單元與控制單元構(gòu)成，也就是固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的一種硬盤。相較于普通硬盤而言，使用方法、接口規(guī)范以及使用功能都表現(xiàn)出一定的相似性，具體類型方面有3.5\"、2.5\"、1.8\"等幾種。由于缺少了傳統(tǒng)硬盤的旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，固態(tài)硬盤有著極佳的抗震性能，一般擴(kuò)展溫度控制在-45℃至85℃之間。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，如今固態(tài)硬盤的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，電力、軍事、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域都可以體現(xiàn)固態(tài)硬盤的使用性能。

1.2 固態(tài)硬盤的分類

從存儲(chǔ)介質(zhì)的差異性分類，固態(tài)硬盤一般可分為閃存固態(tài)硬盤和DRAM固態(tài)硬盤兩種。

第一，閃存固態(tài)硬盤一般是以FLASH芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，其突出優(yōu)勢表現(xiàn)在固態(tài)硬盤的可移動(dòng)性方面，數(shù)據(jù)保護(hù)過程不需要電源支撐，環(huán)境適應(yīng)范圍較廣?；陂W存的固態(tài)硬盤在存儲(chǔ)單元方面也有單層單元與多層單元之分，其中單層存儲(chǔ)單元容量小、速度快，成本相對(duì)較高，多層存儲(chǔ)單元成本低、容量大，速度相對(duì)緩慢。多層單位的字節(jié)是單層單元的雙倍，然而由于多層單元復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也對(duì)應(yīng)著更多的存儲(chǔ)內(nèi)容，相對(duì)的出錯(cuò)幾率也較高，這就需要及時(shí)修正，這一動(dòng)作執(zhí)行過程顯然要比單層單元耗費(fèi)更多的時(shí)間。單層單元的閃存有點(diǎn)表現(xiàn)在復(fù)寫次數(shù)方面，十萬次的復(fù)寫次數(shù)是多層單元的十倍之多。從多層單元的使用壽命角度分析，均攤存儲(chǔ)單元的寫入次數(shù)才能更好地提升設(shè)備的使用性能，對(duì)于芯片的有效控制可以將故障間隔時(shí)間提高到一百萬小時(shí)左右。

第二，DRAM固態(tài)硬盤顧名思義是利用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì)，這一類型固態(tài)硬盤的應(yīng)用并不多見。DRAM固態(tài)硬盤模仿傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計(jì)，在對(duì)操作系統(tǒng)文化或工具進(jìn)行使用的過程中通過必要的管理和設(shè)置來為主機(jī)或是服務(wù)器提供標(biāo)準(zhǔn)化的FC或PSI接口。DRAM固態(tài)硬盤的應(yīng)用方式表現(xiàn)為固態(tài)硬盤陣列與固態(tài)硬盤兩方面，作為一種高性能存儲(chǔ)設(shè)備，DRAM固態(tài)硬盤的使用壽命相對(duì)較長，缺點(diǎn)就是這一類型的固態(tài)硬盤需要有獨(dú)立的電源支撐，以此來保障存儲(chǔ)信息的安全可靠。

2 固態(tài)硬盤在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

固態(tài)存儲(chǔ)硬盤的輸入速度每秒可達(dá)八千次寫入，相較于傳統(tǒng)硬盤的一百八十次寫入顯然有著更加突出的優(yōu)勢。此外，由于固態(tài)硬盤沒有移動(dòng)部件，因此能耗自然較低，這不僅能夠極大提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用性能，同時(shí)在系統(tǒng)優(yōu)化方面也有積極影響?，F(xiàn)階段，存儲(chǔ)系統(tǒng)中固態(tài)硬盤的應(yīng)用形式表現(xiàn)為以下幾種：

第一，基于服務(wù)器的固態(tài)硬盤應(yīng)用形式。這一方式是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的固態(tài)硬盤部署方式，通過服務(wù)器與PCI-e卡聯(lián)合部署的方式應(yīng)用于存儲(chǔ)系統(tǒng)當(dāng)中?；诜?wù)器的固態(tài)硬盤就類似于對(duì)大量緩存概念的調(diào)用，無論是信息提供方式還是管理方式都表現(xiàn)出一定的相似性。這一應(yīng)用過程中數(shù)據(jù)的存放地點(diǎn)為服務(wù)器內(nèi)的固態(tài)硬盤，有著時(shí)間花費(fèi)少、部署難度低的優(yōu)勢。這一部署方式是固態(tài)硬盤存儲(chǔ)速度的集中體現(xiàn)，SAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的延遲問題不會(huì)在固態(tài)硬盤應(yīng)用中出現(xiàn)。這一應(yīng)用模式較為適用于大量數(shù)據(jù)的讀取任務(wù)，而固態(tài)硬盤的使用極大地改善了數(shù)據(jù)訪問中的延遲問題，這對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)性能優(yōu)化而言是極大的進(jìn)步。

第二，基于存儲(chǔ)緩存的固態(tài)硬盤應(yīng)用形式。上述應(yīng)用形式在成本消耗方面較大，而基于存儲(chǔ)緩存的固態(tài)硬盤部署方式在成本消耗方面相對(duì)較低，通過對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中固態(tài)硬盤緩存的設(shè)置來提升整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用性能，這一方式在應(yīng)用過程中不存在設(shè)備的兼容問題?；诖鎯?chǔ)緩存的固態(tài)硬盤應(yīng)用形式就類似于在存儲(chǔ)一端放置了額外的一塊DRAM，在緩存容量不斷增加的同時(shí)也是對(duì)存儲(chǔ)性能的優(yōu)化過程。當(dāng)前不少存儲(chǔ)控制器都表現(xiàn)為封閉獨(dú)立的系統(tǒng)，系統(tǒng)的緩存容量是固定不變的，因此設(shè)置固態(tài)硬盤是增加緩存容量的有效途徑。這一升級(jí)過程并非是對(duì)原有磁盤驅(qū)動(dòng)器的替換過程，而是通過固態(tài)磁盤的加入來擴(kuò)展緩存容量，這對(duì)于數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)顯然是極為有利的。

第三，基于分層存儲(chǔ)的固態(tài)硬盤應(yīng)用形式。所謂的分層存儲(chǔ)主要是從訪問頻率、容量以及性能和時(shí)間等指標(biāo)出發(fā)，通過不同的存儲(chǔ)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，利用分層存儲(chǔ)管理來促進(jìn)存儲(chǔ)客體的自動(dòng)遷移，簡單來說就是對(duì)資料的重要程度以及訪問量等方面來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同資料類型的劃分，并存儲(chǔ)至相對(duì)應(yīng)的磁盤空間當(dāng)中。數(shù)據(jù)分層實(shí)施過程中對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)分層操作，訪問量較大的被分到儲(chǔ)存空間中層次較高的部分?；诜謱哟鎯?chǔ)的固態(tài)硬盤部署方式無論是在存儲(chǔ)系統(tǒng)性能還是性價(jià)比方面都相對(duì)優(yōu)越，固態(tài)硬盤中的陣列一般被設(shè)置在單獨(dú)邏輯層，這一層也被稱之為第0層，存儲(chǔ)陣列內(nèi)部與存儲(chǔ)背板直接相連，其中的數(shù)據(jù)遷移往往與硬盤內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器有著本質(zhì)關(guān)聯(lián)，進(jìn)而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器背板的延遲與吞吐量問題。硬盤驅(qū)動(dòng)器中的I/O吞吐量是硬盤性能指標(biāo)的重要方面，這是由于固態(tài)硬盤本身I/O吞吐量較高，其次依次為FC磁盤-SAS磁盤-SATA磁盤，構(gòu)成了整體的分層存儲(chǔ)系統(tǒng)。在完成分層存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建之后，AST軟件還需要通過相關(guān)的計(jì)算來對(duì)數(shù)據(jù)活躍性進(jìn)行判斷，將其中的低層次分層轉(zhuǎn)移至固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)之中。雖然這一數(shù)據(jù)遷移過程可能會(huì)導(dǎo)致硬盤去東區(qū)的延遲等問題，甚至還會(huì)造成一定程度的性能損失，然而這都是一次性操作完成的，實(shí)際影響并不大。在完成數(shù)據(jù)遷移操作之后，我們可從固態(tài)硬盤中讀取數(shù)據(jù)調(diào)度信息，從而使存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能得到提升。

從以上內(nèi)容論述中不難分析，價(jià)格因素成為了當(dāng)前固態(tài)硬盤大范圍擴(kuò)展的主要制約因素，然而從固態(tài)硬盤的使用性能分析，無噪音、速度快、能耗低、防震效果好，這些優(yōu)勢對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)而言極具吸引力，因此固態(tài)硬盤的推廣首先需要解決技術(shù)與成本之間的矛盾。相信在未來的信息技術(shù)領(lǐng)域固態(tài)硬盤必定將代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式硬盤在中高端存儲(chǔ)市場中謀得一席之地。

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作者簡介：王鑫，女，畢業(yè)于徐州師范大學(xué)，高校助教，研究方向：計(jì)算機(jī)。

作者單位：泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇泰州 225300