若不是它，云存储根本起不来

冬瓜哥

发布于 2021-03-04 03:36:04

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1. 分布式存储大步向前！

近几年，新兴存储架构逐渐布满了市场，给由传统SAN架构占据的市场带来了大量的烟火气。不妨列举一下名词：分布式存储，ServerSAN，云存储，对象存储，超融合，一体机。实际上，这堆名词里，除了对象存储描述的是前端访问协议之外，其它的基本上都是基于分布式存储构建的。

分布式存储的概念源于上世纪70年代，然而却在40年之后一瞬间就被发扬光大了。冬瓜哥之前就考虑过这个问题，这里面一定有什么原因。经过一番仔细思考，2010年前后的技术环境，恰好就是分布式存储茁壮成长的“温床”。

首先，外因。用户对存储系统成本的扩展性需求和成本的压力逐渐增强，而SAN存储厂商长期维持的经营模式已经形成了固化，很难调整方向。

其次，内因。分布式存储能玩得转，网络速度要快，否则用个10Mb以太网互联，根本跑不动。再就是硬盘，分布式系统里每个节点不会挂太多的硬盘否则就成了SAN的玩法了，因此，如果硬盘容量太小，整个系统的容量就太小，无法满足需求。另外，因为硬盘数量相比SAN存储来讲成倍下降，那么就无法像SAN那样通过Raid条带化提供太高的I/O并行性，所以单个硬盘的速度就必须大幅提升才可以。

幸好，就在21世纪初的10年里，千兆万兆以太网逐渐普及。另外，机械硬盘容量凭借PMR垂直记录，SMR叠瓦式此纪录，EAMR能量辅助磁记录等大幅提升硬盘容量的技术手段，迅速上升到了10TB以上，目前已经有了20TB的企业级机械硬盘，将来还可以达到单盘上百TB。比如下图中分别为西部数据（WesternDigital）的16TB、18TB和20TB的企业级机械硬盘。这样，就可以消除分布式系统对超高容量密度需求的后顾之忧。

同时，对于超高性能密度的需求，得益于基于NANDFlash的固态盘的爆炸式发展，仅仅用了不到10年，SSD就从早期的SLC介质演化到最新的QLC介质，这种革新速度之快，在历史上都是少有的。NANDFlash让SSD单盘性能最高直接超过了1000k IOPS（一百万IOPS），延迟从机械硬盘的平均10ms直接降低到1ms甚至微秒量级。

然而，单个硬盘容量几个TB，同时又要求性能大幅提升，机械盘和固态盘单独上阵，都无法完成任务。很自然的，大容量机械盘+高速低容量固态盘，形成分层的数据存储架构，基本上是目前分布式存储的标准方案。

有了超大容量机械盘和超高性能SSD，分布式存储的发展如鱼得水，饥渴的种子有了温床，爆发式增长也就不足为奇了。从全球整体市场来分析看，分布式存储需求的大规模增长带来了企业级SSD和企业级HDD的不断增长，伴随企业级SSD的疯狂高增长，企业级HDD年复合平均增长率也高达39%，其中大容量企业级HDD渐成主流。

综上所述，网快了，盘快了，盘大了，“快快大”这三个因素，必然让分布式存储“快快大”式增长。在西部数据公司高级副总裁兼中国及亚太区总经理Steven Craig看来，数据存储领域通过云计算与大数据的创新驱动，让数据中心迎来了前所未有的增长与发展。

西部数据公司高级副总裁兼中国及亚太区总经理—Steven Craig

西部数据公司技术及战略总裁SivaSivaram博士也对闪存技术以及数据架构的发展进行了介绍和分享。

2. 波动范围不断缩小！

然而，新技术一定会带来新挑战。高速路上会遇到传统土路上所无需考虑的问题，那就是快速拥塞问题。高速路上如果有一辆车减速，就会导致很糟糕的后果，因为后面的车会跟着减速同时变道，变道又会导致旁边车道的车减速变道，就这样所有车道上的车都开始减速，最后导致快速拥塞，往往绵延很长的队列。而这个问题在慢腾腾的土路上是可以忽略不计的。这种拥塞轻则导致业务卡顿，重则业务直接I/O超时崩溃，尤其是对于高并发I/O的大户互联网用户而言。于是SSD的I/O性能波动，成了继IOPS、延迟之后的第三大存储能力参数。因此各大SSD厂商都在这个课题上花了大功夫来优化。比如下图中的西部数据UltrastarDC SN840固态硬盘，其波动范围仅有0.11%，这个值应该是首屈一指了。

3. “吵闹邻居”悄然无声！

云存储的另外一个挑战，就是吵闹的邻居问题。云存储的典型玩法就是虚拟化，把硬件资源利用虚拟化的方式切分，供多个用户共享使用。一个用户对硬件资源的使用，势必影响其它用户，因为无论怎么虚拟化，底层硬件的队列始终是共享的，而QoS对于云用户是一个关键指标，被邻居吵到的用户，会退租的。

虽然近几年从内核层面开始流行MultiQueue技术，比如典型的Block Layer的多队列改造，以及原生就是多队列的NVMe协议栈，这些技术可以让不同线程只操作各自的专属队列，从而达到互不影响。但是这种解决方案只解决了I/O路径上的问题，却没解决I/O终点的问题，不同的I/O请求最终还是要在一根网线上共享带宽传递，在一块硬盘上共享硬盘内部的SoC和通道资源。

所以，在I/O的最终点实现隔离，是近几年IT大商正在付诸实践的事情。比如在网卡中实现多队列与后端资源的硬件隔离，将网络带宽硬性切分。在硬盘领域，大厂西部数据在这方面做了前瞻性的诸多动作。早在去年，西部数据就发布了ZNS（Zoned Namespaces）技术/指令集，并获得了NVM Express标准的认可和融入。ZNS技术能够针对不同的I/O流提供不同属性的存储介质区域，不但能够让SMR硬盘发挥出更出色的效率，而且还可以让SSD获得更好的性能和寿命。为此，西部数据发布了libZBC、libZNS共享库，以及开发工具，支持文件系统和内核模块设计。为了推动分区存储技术使用，西部数据采取了开源策略，让开发者、生态合作伙伴可以通过ZonedStorage.io 访问来获取这些开源的信息。下图的西部数据UltrastarDC ZN540就是一款支持ZNS分区功能的企业级SSD。

4. 分层存储精益求精！

不同介质应对极冷存储、冷存储、温存储、热存储和极热存储的不同层级需求，差异化的满足更利于创新存储架构的价值发挥。西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理刘钢分析认为，任何单一种类的介质都无法满足所有类型数据的存储需求，西部数据从芯片到存储系统，覆盖数据获取、保存、访问和转换每个阶段需求，在分层存储上，西部数据的产品组合和解决方案能够做得更为精细化。

西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理—刘钢

针对极冷存储，如金融、医疗，广电行业数据长期归档这类要求大块写入，写入次数较少，持久存储数据的场景，西部数据最新产品20TB的Ultrastar DC HC650 SMR HDD，以超大容量、稳定可靠的品质来应对用户的需求。针对冷存储，西部数据拥有新款16TB和18TBUltrastar DC HC550 HDD，以9张磁碟，高密度封装的大容量硬盘的领先优势来满足用户的需求。特别是针对云存储用户而言，西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理刘钢指出，从14TB升级到18TB，从而可以获得更优的TCO回报。从更高容量、更低能耗、更高效率的刚需来看，整体市场迈向更高容量的18TB进化升级，用户降本增效带来极大的驱动力，18TB普及到数据中心云领域也成为了大趋势。

针对温存储，主流应用场景聚焦在数据存储70%读30%写的比例，西部数据UltrastarDC SN640 NVMe SSD，采用96层NAND介质，8通道，同时DWPD指数包括0.8倍和2倍两种选择，实现不同应用场景下混合工作负载的性能优化。针对热存储，如自动驾驶等低延时、高IOPS、高带宽的应用场景，聚焦在数据存储50%读50%写的比例，西部数据UltrastarDC SN840 NVMe SSD，采用96层NAND介质，16通道，同时DWPD指数包括1倍和3倍两种选择，非常适合密集型工作负载应用场景需求的SSD性能优化。

值得一提的是，除了分层存储以外，西部数据还屡屡强调“分区存储”以及“分解式架构”，以结合企业级硬盘和固态盘的市场发展趋势，帮助企业用户应对数据中心存储面临的来自各方的挑战。

5. 西部数据硬盘名副其实！

2020年，Dropbox在其数据中心中批量部署了西部数据20TB Ultrastar DC HC650 SMR HDD，用作数据归档，其中的数据被写入一次，并且长时间不做进一步的更改，增加了大概10%-20%的存储密度，总体成本降低了20%。

应对冷数据存储挑战，西部数据助力UCloud在2020年推出了新一代归档存储产品。为了降低硬件成本，UCloud新一代归档存储在国内首次采用了西部数据的高密JBOD机型和SMR盘。据UCloud系统工程师周庆介绍，采用UCloud全新自研存储架构，在保证与标准存储相同的11个9的高可靠性基础上，相较标准存储降低近80%的存储成本，价格低至0.024元/GB/月，为用户提供最低价格的冷数据存储解决方案。

UCloud系统工程师—周庆

据杉岩数据CEO陈坚介绍，杉岩数据专注打造海量对象存储MOS、统一存储平台USP和超融合一体机HyperCube三大产品矩阵，本次与西部数据合作，推出了全闪存云存储解决方案。杉岩数据针对西部数据UltrastarDC SN640 NVMe SSD性能测试上，获得了非常好的成绩。此外，杉岩数据同时还与西部数据合作推出了IPFS EB级存储解决方案，以及针对高密存储需求而言的4U36节点的JBOD存储解决方案，构建全闪存储资源池满足业务发展需求，简化存储管理，降低整体TCO。

杉岩数据CEO—陈坚

此外，西部数据还构建了上海实验技术中心，汇聚了众多专业技术专家，契合客户应用场景，帮助客户实现本地化测试的快速实现，也可以更好助力产品迭代与创新，进一步推进西部数据的技术、产品与方案的行业普及。针对中国用户数字化转型的发展而言，基于不同行业、不同规模、不同业务需求，西部数据的未来创新之路还很长，上海实验技术中心的模式值得业界借鉴和推广。