全闪存储进入NVMe时代，性能和弹性须并驾齐驱
作者：HitachiVantara中国区首席技术官吴卫平
【慧聪通信网】近年来，NVMeSSD已逐渐成为数据中心闪存市场的确定的发展大势，各大厂商不约而同地推出了基于NVMe的新一代存储产品，用户也相应地提高了对NVMeSSD存储系统的期望值。与基于SASSSD的存储系统相比，用户普遍希望基于NVMeSSD的存储系统能够带来更卓越的性能（更高的IOPS或吞吐量）和更快的数据访问响应速度。
根据数据存储研究机构ColdagoResearch的2020终端用户调研，HitachiVantara被用户评为块存储领域的领导者。坚持不懈的技术创新让HitachiVantara的存储解决方案一直深受用户信赖，尤其是那些更需要高可靠IT基础设施的业务关键型应用。
图片来源：Coldago
HitachiVantara最新的创新成果是虚拟存储平台VSPE990，这是一款旨在充分发挥NVMe闪存优势以提供业界领先的性能和可用性的存储平台。接下来我将简要介绍VSPE990的一系列特性，与各位探讨这一NVMe存储平台如何大幅提高应用程序性能。
首先，让我们看一下性能数据。VSPE990可提供高达580万次的IOPS和16.6PB的有效容量，通过简化缓存结构，其读取响应时间可低至64微秒。同时，可靠性和可用性得到进一步提升——VSPE990拥有99.9999%的设备可靠性，并且提供业内首屈一指的100%数据可用性保障。VSPE990配备有VSP系列通用的HitachiSVOSRF存储虚拟化操作系统，专门针对闪存进行了优化，具备两个控制器和56个处理器内核，共享1TiB的全局缓存。
那么，我们是如何在4U空间内实现上述所有性能突破的？首先，VSPE990的研发沿用了HitachiVantara将NVMe整合到去年发布的VSP5000系列中所采用的创新方法。
与HitachiVantara以前的产品一样，VSPE990的所有处理器运行单个SVOSRF映像，并共享全局缓存；不再使用专门的缓存板，而是将缓存分布在各个控制器之间，以提高内存访问速度，并保证更好的弹性。
每块缓存板通过8个PCIeGen3通道连接到控制器，具有16GB/s的可用带宽（8GB/s发送和8GB/s接收）。因此，每个控制器拥有高达64GB/s的前端带宽和32GB/s的后端带宽。所有这些特性结合在一起，便成就了VSPE990这款目前市场上响应速度最快的存储解决方案。
最重要的是，我们成功将VSP5000系列中的创新技术，例如自适应数据缩减功能（包括重复数据删除和压缩），整合到了VSPE990当中。这项技术能够确保提高用户总的存储利用效率，以高达7:1的比例节省存储容量。HitachiVantara的目标是为用户提供更多价值；我们知道，要实现容量优化，用户也需要付出大量努力。考虑到这一点，VSPE990目前可在无需分析数据集的情况下提供毫无争议的4:1数据缩减保证。
保护用户数据，并保持高可用性
保护用户数据，并确保其始终可用，是HitachiVantara缓存架构设计的关键。为了实现这个目标，缓存被分为A侧和B侧，分别位于单独的物理组件上，每一侧都配有独立的电源。
这样一来，用户数据可免受任何单点故障的影响。一旦出现完全断电的情况，缓存备份模块将保持供电，直到将缓存的数据安全地备份到专门的SSD中。
为了避免发生单点故障，所有数据写入均映射到缓存的A侧和B侧。一旦缓存镜像构建完成，就会向主机发送写入确认。此外，光纤通道协议芯片会为每个从主机接收的512KiB大小的数据单元创建数据完整性代码；在传输的每个阶段，系统都会检查该代码，以防数据受损。
VSPE990缓存目录系统经改进后，彻底摈弃了直写模式（在这种低配模式下，主机发起数据写入后只有将数据存储在后端驱动器上才能被辨识，这通常会导致性能严重下降）。VSPE990具有更简单、更具弹性的缓存寻址系统。每个控制器都有一张哈希表，指针指向其拥有的逻辑设备的缓存地址。控制器逻辑设备的数据可以驻留在自己的缓存中，也可以驻留在另一个控制器的缓存中。如果某个控制器发生故障，则每个控制器都会让指向故障控制器的哈希表条目无效，因此不需要直写模式。
在几乎所有的条件下，VSPE990的缓存架构都会对元数据进行冗余备份，从而加强了对共享内存区域的保护。通过这个优化的架构，用户可在几分钟内恢复重要的共享内存的冗余副本，而不需要等待硬件维护。这是通过共享内存的主副本和镜像副本，以及在缓存的A侧和B侧保留两个专门区域来实现的。
弹性升级
VSPE990拥有进一步增强的弹性，保证了业界领先的99.9999%的设备可靠性。具体提升包括：
•闪存盘的重建时间减少了80%。
•采用更强大的缓存目录系统，通过避免直写模式，确保延迟敏感型主机应用程序的正常运行。
•当发生硬件故障或断电时，配备有独立电源的专门区域可快速恢复共享内存的冗余副本。
•Hitachi闪存保障计划（HitachiFlashAssuranceProgram）提供数据可用性和存储效率保障，相当于为解决方案的总拥有成本提供了一份担保。
•如上所述，HitachiVantara在业界率先承诺100%数据可用性。
性能升级
VSPE990主要的性能提升包括：
•简化了缓存目录系统，消除了冗余目录的更新，并缩短了响应时间。
•每池的重复数据删除存储和DSDVOL都增加到24个，在启用重复数据删除功能后，提高I/O设备的多样性。
•缩小自适应数据缩减元数据的访问规模，从而减少开销。
•NVMe闪存磁盘可将每个闪存磁盘的IOPS提高5倍，从而实现超低延迟。
总结
VSPE990采用HitachiVantara最新的存储技术和最先进的架构，从一开始就是专为提高性能和弹性而打造的；这意味着我们的100%数据可用性承诺能够完全落到实处。那么，您应该在什么情况下使用VSPE990来满足您的高性能需求呢？以下是我的观点和建议：
•在硬盘数量较少时，NVMe硬盘的IOPS、GB/s和响应时间均优于SASSSD硬盘。
•对于读取密集型工作负载，NVMe硬盘的性能优势大于SASSSD驱动器。
•对于需要缩短响应时间的工作负载和应用程序，建议使用基于NVMe的存储。
•在进行数据缩减并驱动最大IO速率时，NVMe硬盘可实现更快的响应速度。
我们真诚地希望VSPE990这个采用全闪存NVMe，并以性能和弹性见长的新解决方案能为您的企业带来更大的价值。
