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强调软件增值 四驱动力助推EMC闪存战略

1999年1月,李君鹏进入EMC中国,做售前工程师。

9年后,EMC发布企业级SSD,第一次开始提供闪存产品。

现在,EMC主张用户利用业务需求驱动选择合适的解决方案,并且,EMC提供了服务器本地存储XtremSF硬件、服务器闪存缓存XtremSW Cache软件、全闪阵列XtremIO和混合阵列四个方面的产品和方案,共同组成EMC闪存战略的四驱动力系统。

2013年4月,作为EMC企业存储产品部高级产品经理的李君鹏,在谈到EMC闪存发展路线图时,他这样明确了EMC闪存产品线的布局。

同时,他回忆说,2008年EMC第一季度发布SSD产品,但实际上EMC在产品里测试闪存盘是从2005年开始的,EMC也是第一个在高端存储领域里支持闪存盘的厂商。可见,EMC跟闪存之间有着长期的发展历史关系。

一边是闪存,一边是机械盘

据相关资料显示,在企业级闪存市场方面, 2010年全球生产的闪存93%用在智能手机、平板电脑和SD卡上,其中只有7%用在了笔记本电脑、企业级存储阵列里面。到了2011年,这个比例稍微提高了一点,达到9%,全球生产的闪存中只有9%用在了服务器、企业级存储里。李君鹏特别指出,当前企业级闪存市场增长还是比较快的,内部闪存市场规模三年内有望从10亿美金增长到50亿美金,年复合增长率极高,达到了91%。内部闪存主要指服务器内部的闪存,可以是服务器的内置盘,也可以是PCIe卡。另外在全闪存盘方面,全闪存盘的复合增长率也极高,这都是EMC所关注的市场。

其实,存储介质本身发展所带来的变化也带动了EMC对闪存的关注,一方面,CPU每十年性能大概提升100倍,而机械硬盘转速几乎没有太多变化。作为最早进入EMC中国的李君鹏来说,他在存储行业中,曾经销售过5400转的盘,后来是7200转的盘,以及10000转的盘,乃至15000转的盘。“十年前业界人士说机械硬盘的转速会达到12000转,但是现在没有人提这个事了。” 李君鹏分析认为,大家赋予了硬盘太多使命,一是要求提供性能,二是要求提供容量。不过,现在提供性能的使命由闪存盘来完成,提供容量的使命由SATA盘和大容量盘来完成。“一边是闪存,一边是机械盘。”即便闪存盘与CPU之间存在一定差距,但它与CPU之间的发展基本上处于平行状态,差距也不会拉大。
 

最早在2013年3月5日EMC对外发布了全新的Xtrem系列产品,并且EMC已经将它所有的闪存阵列产品都归到了新品牌Xtrem之下,一是XtremSF闪存卡(SF代表服务器闪存)如PCIe应用加速器,EMC同时推出4款具备业界领先性能新的PCIe卡;二是XtremSW(软件)包括之前被称为VFcache的高速缓存解决方案,明确了新的XtremSW Cache软件和套件路线图;三是纯闪存阵列XtremIO。XtremIO是EMC在去年5月份收购的一家公司,这家公司在2009年开始做全闪存阵列,在去年被EMC收购后,它的产品现在正处于精选客户的交付使用阶段。

 
“我们使用闪存来干什么呢?”

在闪存世界里,存在几个不一样,性能不一样、成本不一样、使用方式不一样、产品设计也不一样,需要利用这四个不一样,充分发挥出闪存的能力。

我 们使用闪存来干什么呢?现实中,闪存是提供传统机械硬盘所不具备的性能。首先它们的反应时间区别很大。使用15000转的传统机械盘,其反应时间大概是几 毫秒,这个反应时间就是整个硬盘的服务时间,包括反应时间和磁头定位时间,还有内部传输时间,因为内部传输余整个服务时间相比太小,所以大家几乎就忽略 了。严格意义上来说,反应时间是指接到命令以后,去做出反应的时间,一般情况下15000转的盘是2、3毫秒,而7200转的盘是5、6毫秒。而EMC放 置在服务器内的闪存盘,它的反应时间大概0.5毫秒,即500微秒,而插在PCIe的闪存卡反应时间更快,大概低于0.1毫秒,即100微秒。显然,它们 与传统机械硬盘相比,闪存盘的反应时间明显极快。

其次,它们提供的IOPS不一样。对于15000转的传统机械硬盘,通常它能提供的 IOPS比较大的值是300,通常客户做产品的工作负荷的分析时,推荐IOPS在150到180,使得硬盘利用率大概低于70%比较合适。而对于7200 转的2TB、3TB的SATA盘,通常推荐低于80个IOPS。可是,对于闪存盘来说,厂商可以提供5万个IOPS,但是EMC推荐给客户大概1万个 IOPS。服务器闪存卡提供的性能更进一步,能够达到二三十万个IOPS。

再次,它们提供的成本也是不一样。早在2008年当EMC第一 次发布在DMM4上企业级闪存盘SSD时,与同等容量15000转的传统机械盘相比,SSD盘大概是它的30倍左右,后来经过了四年发展,SSD盘的价格 下降了88%,可是现在SSD盘价格仍然大概是同等容量15000转机械硬盘的8倍到10倍,而服务器闪存卡每GB成本是高转速传统硬盘的30倍左右。

可见,性能不一样,导致价格也是不一样。换一个角度来看,如果每1美元能够买到的IOPS,以15000转的机械盘为基准,每1美元能买到5 IOPS,所以成本不一样,性能也是不一样。

“如何更好地利用闪存?”

既然闪存与传统机械盘的区别如此明显,那么如何更好地利用闪存?

李 君鹏详细地介绍道:“在闪存硬件方面,有插在服务器PCIe上的闪存卡,有放在存储阵列里的闪存盘,有SLC和MLC,SLC代表只放一个比特,要么是 0,要么是1,MLC通常是指两个比特,0011、1011两个状态。不过,放在服务器PCIe上的闪存卡的高度不一样,有的是半高,有的是全高,其长度 也有不同,有的是半长,有的是全长。再者,可能使用同一个厂商的服务器也不一样,同时闪存卡最主要取决于控制器的不一样。”

从他的观点 中,笔者已经看到EMC在闪存软件方面着力颇多,现在闪存厂商可以用软件来实现缓存,抑或是如Oracle设置的数据库缓存一致性,抑或是在不同服务器上 的闪存卡做成一个池,抑或是在不同的闪存卡之间提供镜像。当然,软件还有其他功能,比如去重、精简配置,还可以提供更进一步的数据服务的功能,如快照、复 制、软件开发包,以及让PCIe卡成为内存的扩展。“现在我们看到的趋势是硬件越来越商品化,而提供的功能越来越集中在软件方面。”

既然闪存软件如此重要,那么该怎样最佳部署闪存?web2.0用户和电子商务用户对性能要求极高,要求反应速度极快,而对数据保护、数据服务方面的要求很低。像这类用户特别适合于服务器的闪存卡应用,如EMC的XtremSF PCIe的服务器闪存卡。

XtremSW提供硬件加速5大优势

其 实,在2012年,EMC就提供了XtremSW Cache(以前名为VFCache)。这是EMC长期服务器闪存战略的第一步,提供了服务器端存储产品,该产品整合在基于SLC的PCIe闪存卡上运行 的软件。该软件将服务器闪存DAS变成了高速缓存,提高多种关键任务交易和决策支持应用的性能。随着新产品的推出,XtremSW Cache现在可以与多种eMLC和SLC XtremSF闪存卡结合使用。
    
XtremSF提供了比业界同类产品更好的效率、更 好的功能、更高的灵活性。XtremSF是插在服务器PCIe插槽上,属于PCIe X8体系结构,如果插在X4插槽上,带宽会有相应的损失。闪存通常的工作原理,它里边有一些逻辑地址和物理地质的映射,还有一些垃圾单元的回收、闪存的管 理等功能,XtremSF所有这些功能全部在PCIe闪存卡上来做管理,提供了一致的性能。XtremSF针对现实当中的工作负载,为真实应用环境4K和 8K工作负载而优化。XtremSF提供了款不同容量MLC和SLC的闪存卡。它把闪存的管理、映射、垃圾回收等等功能全部卸载到闪存卡上,减轻了服务器 的开销,这样可以让服务器CPU的宝贵资源更多运行在应用程序上。


 
XtremSF在3月5日宣布推出时候,有4款产品,即550G、 700G、1.4TB和2.2TB,这4款全部是半高、半长。为什么采取半高、半长呢?因为有一些刀片服务器没有那么高,如果做出来的闪存卡是全高的,那 就没有办法插到这些刀片服务器里面。“EMC的XtremSF 2.2TB这块卡是业界同类高度、同类长度里边密度最高的,它的性能也是极高的,可以达到113万IOPS,以前像普通的盘阵要达到这么高的IOPS都是 极难的。”


 
上图是一个TCO分析结果,该TCO分析使用10块1.4TB XtremSF与‘F’品牌的1.2TB PCIe闪存卡比较;每台服务器上安装2块卡,要求基于单个设备,随机70/30(读/写)IOPS测试结果。假定费率$0.15/KWHr和电源利用效 率为1.5;每块卡消耗25W,每台服务器消耗600W,电力的节约基于3年计算。EMC的总体拥有成本比F品牌大概低58%,前提是假设这个应用程序需 要100万个IOPS,是8K的混合工作负载。

总体分析来看,XtremSF硬件加速应用程序性能方面具备5个方面的优势,一是无与伦比 的带宽采用PCIe X8体系结构;二是先进的垃圾回收功能,提供一致的性能;三是为真实应用环境4K和8K工作负载而优化;四是提供多种容量的MLC和SLC闪存卡;五是卸 载引擎减少CPU开销。

XtremSW未来支持非EMC阵营

现在,EMC提供一个涵盖广泛的、独立于闪存卡的闪存软件套 件EMC XtremSW Suite。这款新的软件套件除了向作为内存的闪存和作为DAS的闪存提供先进的数据服务,还将提供更多的高速缓存功能。XtremSW Suite将为客户提供各种功能,包括池化、高速缓存一致性、更深入的EMC存储阵列集成以及专门针对VMware环境的增强功能。


 
作 为EMC缓存方面软件套件XtremSW,其中第一个产品就是XtremSW Cache,现在是1.5版本,它可以将服务器的闪存从直连存储,即 DAS,可以变成缓存。XtremSW Cache是直写缓存,不会把数据写到缓存卡里,而是写到网络存储上面。XtremSW Cache是目前唯一的数据去重产品,这样EMC可以使服务器的闪存卡提供额外至少20%的容量。

另外,XtremSW Cache与EMC网络存储结合,如与EMC的VMAX实现了集成,从VMAX上面就可以看到XtremSW所管理的闪存卡的统计信息,看到哪一些卷使用 了XtremSW的缓存,如果它有错误信息,可以通过VMAX的管理软件报警,这就实现了集成功能。

还有一点,目前XtremSW Cache软件在所有的XtremSF卡上都可以用。据李君鹏透露,“在不久的将来,XtremSW Cache软件可以用在F品牌的闪存卡上,以后可以用在其他厂商的服务器闪存卡上。并且支持的操作系统包括有物理操作系统和虚拟化环境,像VMware和 hyperV等等。”


 
在谈到XtremSW Cache未来的方向方面,李君鹏进一步表示,在不久的将来也会支持Oracle RAC环境。为什么未来除了支持EMC的XtremSF卡以外,还会支持其他厂商的服务器闪存卡?他认为,未来闪存硬件越来越商品化,而最关键的功能全部 是通过软件来实现。XtremSW的套件未来的方向是可以用软件把服务器闪存卡作为Cache,可以定义成直连存储,像内置盘一样,或者是作为内存的扩 展。

从而也将提供更多的数据服务,这种数据服务比如在不同的两块卡之间做镜像,或者是这两块卡可以在同一个服务器上,或者是在不同的服务 器上,这些卡也可以分布在很多台服务器上,XtremSW软件套件会将所有的服务器闪存卡做成一个池,这个池可以服务给所有运行在这些服务器上的应用。这 便是XtremSW软件套件的未来发展方向。

“XtremIO完全不一样的闪存阵列”

针对XtremIO方面,李君鹏指 出,XtremIO走的是盘阵路线,使用MLC闪存卡,不会做SSD闪存池。XtremIO在打造全闪存阵列时是基于最高效的利用闪存这个角度出发,最高 效的利用闪存提供最好的数据服务、提供最好的性能、提供横向扩展功能,从这些角度来出发为用户提供一个完全不一样的闪存阵列。

XtremIO 在最初设计的时候,就基于以软件来定义闪存的功能,所用硬件全部是现成的商用产品,没有一个硬件是特意为这个产品打造,采用的CPU、控制器以及里边的 SSD盘,全部都是商用产品,不一样的就是它的软件。最关键的XtremIO结合了Isilon横向扩展的体系架构和Data Domain线内数据消除的功能。

XtremIO是专为利用闪存而开发的,其真实实现的性能达到了全新水平,易于管理,提供先进的数据服 务。其横向扩展架构可为需要高随机I/O性能的应用提供更高的“功能性IOPS”,例如OLTP数据库、服务器虚拟化、VDI(虚拟桌面基础架构)等 应用。功能性IOPS是在目前要求最为苛刻的生产环境中的真实运行条件下测得的,测量时所有数据服务都启动运行,同时存储系统几乎达到满容量。
    

在 这些真实条件下,XtremIO系统的每个“X-Brick(用于XtremIO阵列的横向扩展基本构件)”的性能超过了150K功能性、4K混合性读/ 写IOPS以及250K功能性、4K读IOPS,而当横向扩展至由8个X-Brick组成的集群时,整个系统的性能超过120万功能性、4K混合性读/写 IOPS,200万功能性、4K读IOPS。XtremIO阵列以一致的亚毫秒级响应时间提供这样的高性能,同时运行业界最丰富的一套整合的、闪存优化的 数据服务,其中包括特定于闪存的数据保护、精简配置、全局线内数据消重、通过VAAI加速的VMware配置以及可写快照。


 
XtremIO从开始配置到提供服务,不用做任何的调整,用户只需要创建卷、映射卷即可。为什么要映射卷?因为每一个IO所需要的卷不一样,所以创建了之后才映射给它,就是创建启动器组跟这个卷关联起来,配置极简单,不需要做规划,不需要做调优。

不过,李君鹏补充指出,“XtremIO还没有全面上市,现在只是在精选客户阶段。”

混合阵列的价值

EMC主张用户利用业务需求驱动选择合适的解决方案,为此,EMC提供了混合阵列、全闪阵列XtremIO、服务器闪存缓存、服务器本地存储XtremSF。

EMC混合阵列有Isilon、VMAX和VNX,VNX有一款VNX5500-F全闪存阵列,但是没有像XtremIO那样,从设计之初就全部立足闪存的角度来考虑,只是在VNX阵列上插了闪存盘,但也叫全闪存阵列。

既 然EMC有了XtremIO闪存阵列,为什么还要混合阵列呢?对于有些用户,要求性能并没有那么高,但是要求数据服务比较多,比如快照、镜像、容灾等,这 些都需要混合阵列来完成,而混合阵列特别对应这类工作负荷,一是最好利用少量的IO提供绝大多数的性能,这里意味着指它的IO是偏斜的,如果IO不偏斜, 所有的分布在IO地址上IO均匀,那闪存盘就没多大用。因此要求利用少部分容量,能够提供绝大多数的IO。比如说利用5%的闪存提供80%或者90%的 IOPS,为此,混合阵列必然派上用场。同时闪存为性能提供保障,而对于一些不活动的数据,最好把它移动到大容量机械盘,比如2TB、3TB的SATA盘 或SAS盘上。但是这个过程不能手工去做,由于数据是经常变化,如果采取手工调整,那么根本赶不上应用程序数据变化的速度,为此,EMC提供全自动存储分 层的FAST套件。


 
事实上,47%的IOPS来自于1%的容量,这是VNX在2011年参加EMC World的时候提供的数据,47%的IOPS来自于1%的容量,我们把这个1%的容量放到闪存盘上,就可以极大地改善它的IOPS及响应时间。EMC的 混合阵列和全自动存储分层的FAST套件,提供了价格和性能的平衡。


 
显而易见,混合阵列可以在提供性能的基础上,帮助用户降低成本。如 果没有SSD盘,用户全部采用15000转的盘,假设一个阵列用了210块15000转的盘,能够提供的IOPS是33000个,主要是基于15000转 的盘能提供150或者180左右。它的占地空间是占45个RU,占地空间很大,耗电是接近4000瓦,成本是37万多美金。而如果用30块200GB的闪 存盘,16盘600GB的15000转的SAS盘,24块3TB的NL-SAS盘,闪存盘容量只占5%,而提供的IOPS是7万多个,是前一种配置高了 125%,占地空间只占18个RU,降低了60%,电力降低了75%,成本降低了52%。

不过,EMC怎样将服务器闪存卡、 XtremSW套件、全闪存阵列、混合阵列结合到一起的呢? XtremSW套件可以将服务器闪存卡变成内部的存储DAS,可以变成闪存,也可以成为内存的扩展,可以支持EMC的XtremSF,也可以支持第三方的 闪存卡。XtremIO是一个SAS连接的全闪存阵列,提供了重复数据消重、精简调配、快照复制等功能。主要用在性能要求比较高的应用环境,用在 web2.0应用、金融行业的数据分析、大数据分析建模,以及一些VDI虚拟桌面、数据库的开发测试环境等等,还有一些是用在传统Oracle应用、 exchange等等混合阵列上。

对于VMAX、VNX、Isilon混合阵列,提供了FAST的全阵列存储分层,最常访问的数据自动移 到闪存盘上,同时较少访问的数据移到低成本存储上,FSAT Cache扩展了传统盘阵的缓存,因为大家知道VNX本身的Cache是比较小。因此,EMC将热点数据放到全闪存阵列,或XtremSF闪存卡上,同时 也会把这些不经常访问的数据进行压缩、消重,甚至转移到外边去,这便是一整套EMC全闪存存储分层发展的路线图。


 
为此,EMC会分析用 户不同的工作负载,提供不一样的闪存的利用方式。并为用户提供各种数据服务选择方案。“虽然EMC现在并不在每类闪存中处于领先位置,但是EMC未来将在 每一类闪存当中处于领先位置。”因此,EMC的闪存路线图就是基于拥有的服务器闪存(服务器PCIe的闪存卡)、全闪存阵列、混合阵列,继续通过软件增加 闪存的价值。

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