Viking Enterprise：企业存储的分层视角

关键要点

1. 企业部署需要平衡硬盘和固态硬盘的需求。

2. 存储需求分为四个层次：热数据、温数据、冷数据和极冷数据。

3. 固态硬盘可以用于所有层次，但不是必需品。

4. NVMe over Fabrics（NVMe-oF）是一种协议，可以连接设备并提高存储效率。

5. 选择正确的存储选项需要考虑成本、性能和可靠性等因素。

Viking Enterprise：企业存储的分层视角-Fig-1

1. 1. 企业部署的层次结构：
   • • 企业部署通常由多个层次组成，每个层次服务于特定的需求。
   • • 通常包括四个层次：
     • (0) 任务关键型：高性能工作负载，对延迟至关重要（100%正常运行时间）。
     • (1) 热数据：日常用于业务操作，但对延迟要求不高（>99.999%正常运行时间）。
     • (2) 温数据：必须访问但很少访问的数据（<99%正常运行时间）。
     • (3) 冷数据：归档或很少使用的数据（<99%正常运行时间）。
2. 2. 各层次的功能和存储类型：
   • • 每个层次有其特定功能，该功能决定了所需的存储类型。
   • • 较低的层次可靠性较低，成本也较低。
3. 3. 闪存的使用情况：
   • • 闪存可以在所有层次中使用，但并非所有层次都需要闪存。
   • • 随着容量需求的增加，闪存在较低层次变得不再经济可行。

Viking Enterprise：企业存储的分层视角-Fig-2

企业存储结构

图片右侧展示了一个存储层次结构的金字塔图表：

• • Tier 0: Flash/CXL（热缓存）
• • Tier 1: Flash/HDD，包含电子邮件、数据库（在线存储）
• • Tier 2: HDD，包含备份、网络文件存储、成本敏感型存储（近线存储）
• • Tier 3: HDD/ Tape/ Optical，包含归档数据（冷存储）

1. 1. 大部分存储数据位于底层
   • • 大部分存储数据位于较低的层次（Tier 3）。
   • • 由于对成本非常敏感，盘驱动器（HDDs）短期内不会消失。
2. 2. 法规和政府要求推动更多内容存储在最低存储层
   • • 例如 HIPPA、电子邮件存储等。
3. 3. 按性能付费 -这不仅是一个人力资源概念。
   • • Tier 0 是按每GB成本最贵的层次。
   • • Tier 3 是按每GB成本最便宜的层次。
   • • Tier 0 到 Tier 3 在每IOPs成本上相似。
4. 4. 简化层次管理和优化成本
   • • 通过 NVMeoF（NVMe of Fabric）实现全连接，以简化层次管理并优化成本。

如何理解数据中心网络拓扑中的 Fabirc 概念？

在数据中心网络中，Fabric（网络结构）是指用于连接不同计算资源（如服务器、存储设备和网络设备）的一系列硬件和软件组件。Fabric 提供了一种结构化的方式来传输数据，并确保各组件之间的高效通信。

• • 组件：Fabric 通常包括交换机、路由器、网络接口卡（NIC）以及连接这些设备的各种网络介质（如光纤和以太网线）。
• • 特点：
  • • 高带宽和低延迟：Fabric 设计用于支持高带宽和低延迟的数据传输，满足现代应用对性能的需求。
  • • 可扩展性：Fabric 允许在不干扰现有系统的情况下轻松增加新设备，从而扩展数据中心的资源。
  • • 灵活性：通过支持多种协议（如 Ethernet、Fibre Channel、InfiniBand），Fabric 可以适应不同的应用需求。
• • 应用：在 NVMeoF（NVMe over Fabrics）中，Fabric 连接 NVMe 设备和服务器，提供了低延迟和高吞吐量的存储访问。这种拓扑结构不仅提高了存储性能，还支持动态资源分配和共享存储，增强了数据中心的整体效率。

Viking Enterprise：企业存储的分层视角-Fig-3

1. 1. NVMeoF的定义和优势：
   • • NVMeoF是一种架构协议，允许以太网接口将设备连接在一起。
   • • NVMe是一种比其他协议（iSCSI/FC/NFS/CIFS等）更轻量的协议，能够更好地利用CPU周期和可用的系统带宽（BW）。
   • • 具有更低的延迟和改善的存储管理和配置。
   • • 更好地支持计算和存储的解耦。
2. 2. 应用范围：
   • • 最初目标是将SSD连接到PCIe总线，但可以扩展到连接其他设备，如将HDD连接到PCIe总线。
3. 3. 成本和管理：
   • • 尽管基础设施投入成本较高，但运营成本较低，企业管理简化。
4. 4. 存储迁移要求：
   • • 为了实现存储快捷迁移，这个领域必须有一个HDD解决方案（如何实现HDDs的NVMe接口改造？）。

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NVMEoF 互联优势

• • 企业内通用接口
• • 利用现有的以太网连接
  • • 消除基础设施内的多种协议接口
  • • 降低基础设施成本
  • • 简化基础设施管理
• • 没有额外的学习成本，我们都知道如何管理基于以太网的设备
• • 提供企业管理的统一面板
• • 更高效地利用带宽和可用资源

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NVMEoF 互联挑战

并非所有设备类型都支持 NVMeoF 连接（HDD不支持）

并非所有存储设备层级都适用于 NVMe（冷存储无性能、延迟要求）

• • 用于在线、近线和离线/冷存储的 HDD 层级并非原生 NVMe
• • 可以使 HDD 层级支持 NVMe 前端，但这会增加大量的采购成本（）

启用支持 NVMe 的 HDD 解决方案的方法

• • 添加一个运行在目标模式的带有 NVMe 适配器的计算节点
• • 为基于 HDD 的 IOPs 添加原生 NVMe 前端
• • 以太网连接的 HDDS

两种方法都会增加解决方案的采购成本，同时启用从企业中消除 SAS（或其他协议）

Viking Enterprise：企业存储的分层视角-Fig-6

Tier 0 分析

1. Tier 0 在 CXL 和共享内存方面的独特定位：

- 缩短多个 CPU 间共享数据的访问延迟

- 简化软件，提高性能

- CXL 需要进一步成熟，才能在这一领域发挥作用

2. 目前使用基于 NVMe 的 SSD（包括SCM）实现：

- 提供顶级性能（低延迟和高吞吐量）

- 当前解决方案的黄金标准

- 轻量级的 NVMe 协议使 CXL 成为该层级的唯一竞争者

- 双端口 SSD 允许来自两个主机的数据访问

- 交换结构可扩展到超过两个主机的访问

- 单端口 SSD 提供更低的采购成本

3. CXL 前景可期，但 NVMe SSD 仍是这一领域的首选。

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Flash Options – Tier 1

1. 这一层级历史上使用 2.5 英寸 HDD 实现：

- 2.5 英寸硬盘的吞吐量高于 3.5 英寸硬盘，并且延迟更低

- 由于闪存的成本和容量优势（闪存仍然价高于HDD，只是成本最近几年快速下降），这种方案现在不再重要

2. 闪存的出现（尤其是 SAS SSD）极大地颠覆了该领域

3. SAS 仍然是该层级最具性价比的选项：

- 相较于 NVMe，采购成本更低

- 市场上有多家 SAS SSD 厂商

- 性能适合该层级的需求

- 旧版软件和应用程序仍使用这种接口

- 一些旧版 FC 主机也在使用，但 SAS SSD 是最优存储介质

4. 该层级在使用 NVMeoF Everywhere 方法和后端 SAS SSD 时收益显著

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Flash Options – Tier 2

1. 通常实现为近线（Near Line）存储层

2. HDD 与闪存的分界点

3. 不建议在此层使用闪存

4. 此层不需要闪存的优势：

- 通常连接到性能较慢且高度共享的网络

- 数据不需要立即访问

- 可以接受较高的延迟

- 不运行关键任务应用

- 由于规模较大，对每 GB 成本更敏感

5. 平衡的拓扑结构不会在此层使用闪存

6. 此层在采用 NVMeoF Everywhere 方案结合后端 SAS HDD 时获益显著

Viking Enterprise：企业存储的分层视角-Fig-9

• Flash Options – Tier 3
• • 这一层通常被称为冷存储；
• • 大多数数据只写一次，可能永远不会被读取；
• • SATA硬盘和LTO在这个领域占主导地位；
• • 光学应用有限，但新的选择正在出现；
• • 不应在这里考虑闪存；
• • 这一层通过采用后端SATA硬盘的NVMeof Everywhere方法获益良多。

NVMeoF 优势与存在的挑战？

优势：

• • 低延迟：NVMeoF 通过利用 NVMe 协议的特性，在网络上传输存储数据时显著减少延迟，相较于传统协议（如 iSCSI 和 FC），可以更快地访问数据。
• • 高吞吐量：NVMeoF 支持多队列和高并发操作，可以充分发挥现代 SSD 的性能，从而实现更高的数据吞吐量。
• • 资源共享：通过 NVMeoF，多个服务器可以共享同一存储设备，这种集中管理简化了存储架构并提高了资源利用率。
• • 统一接口：NVMeoF 可以在现有的以太网或光纤网络上实现存储访问，支持多种数据中心架构，提供灵活性和兼容性。

挑战：

• • 网络复杂性：虽然 NVMeoF 可以提高性能，但它也增加了网络架构的复杂性，管理和配置这些高性能网络可能会带来挑战。
• • 基础设施升级：为了充分利用 NVMeoF 的优势，数据中心可能需要升级现有的网络基础设施，包括交换机、网络接口和线缆等，导致成本上升。
• • 成熟度和兼容性：NVMeoF 作为相对较新的协议，市场上对其支持和兼容性的成熟度仍然有限。企业在实施时可能会遇到软件、硬件和应用程序的兼容性问题。
• • 安全性：随着存储设备和服务器的直接连接，NVMeoF 也可能面临新的安全挑战，如数据传输中的安全漏洞等。

小结

Viking Enterprise：企业存储的分层视角-Fig-10

• • 闪存在某些层级（0和1）中有其位置，不可替代；
• • 平衡的企业会同时包含HDD和闪存；
• • 这种平衡方法推动多种不同的存储接口进入企业环境，包括NVMe或CXL闪存（层级0）、SAS SSD或低成本/高性能NVMe SSD（层级1）、SAS和SATA HDD（层级2/3）、LTO-磁带库或光存储解决方案（层级3）；
• • 因为各种连接器的存在，管理分层企业是一个挑战；
• • 使用NVMeoF Everywhere方法可以使企业管理大为简化，实现统一的企业管理界面。