混闪配置 全闪性能 感受新华三存储怪兽 Nimble 的速度与激情

摘要

可否采用更高性价比的存储介质,实现全闪存级别的时延呢?新华三集团(以下简称 H3C)在 2018 年 1 月全面发布的闪存存储产品 Nimble(CS 混合存储+AF 全闪存储),正是从这个设计思路而来。

关于全闪存,

江湖中流传着一句箴言……

天下武功,唯快不破!

全闪存的价值在哪里?

答案就是一个字,快!

不过,存储系统的「快」,

可以有很多种解读。

存储系统最常见的性能指标就是 IOPS 了,也就是每秒进行读写(I/O)操作的次数。不过,IOPS 高,就代表性能高吗?这里,我们还需要看另一个性能指标——时延。在存储系统尤其全闪存系统 IOPS 动辄数十万甚至上百万的今天,时延,才是存储系统性能的终极决胜点。

权威调研公司 Gartner 认为,在评估存储系统实际使用性能时,应「避免盲目追随厂商声称的毫无意义的数百万 IOPS;而应该将低时延作为闪存存储最主要的性能指标。」(摘自 2017 年 7 月 17 日 Gartner 报告《Critical Capabilities for Solid-State Arrays》)

对用户来说,时延已经超过 IOPS 和带宽,日益成为了限制业务速度的最大存储瓶颈,而在有效降低时延的基础上,如何实现最佳的存储 TCO,更成为所有 IT 厂商的挑战。

可否采用更高性价比的存储介质,实现全闪存级别的时延呢?新华三集团(以下简称 H3C)在 2018 年 1 月全面发布的闪存存储产品 Nimble(CS 混合存储+AF 全闪存储),正是从这个设计思路而来。

Nimble 可以使用混合阵列的配置,完美的跑出全闪存阵列的 IOPS 和时延,很好的诠释了什么叫做性能与成本兼顾。

具体如下图所示,Nimble 的全闪存阵列可以跑出 0.1ms 的时延,将业内全闪存的时延标准大幅提升了 5~10 倍(业内主流全闪存产品时延 0.5ms~1ms 不等)。但是更加令人震惊的是,Nimble 的混合存储可以以超高的性价比实现 0.5ms 的时延,达到业内主流全闪存产品的时延标准!!!

Nimble 系列

笔者刚刚得知这个消息的时候,内心里其实是拒绝的。什么?一堆普通的 HDD 加上寥寥的 3 块 SSD 做读加速,就可以在全随机的情况下赶超全部由 SSD 组成的全闪存阵列的性能?

不过后来深入了解了其实现原理,笔者只能说:至于你信不信,反正我信了!

采用 NVDimm 和硬盘顺序化布局技术,全面优化写性能

对于传统混合阵列而言,有两个随机写的瓶颈点一直没有得到有效的解决:

HDD 的随机写入性能有限(最好的 HDD 随机性能只有 200IOPS/块,时延 6ms 以上),无法很快的将 DRAM 的数据下刷到 HDD,导致 DRAM 很快被写满。一旦 DRAM 被写满,那存储系统的性能完全则受限于硬盘的数量。但即使加再多 HDD 提升 IOPS,也仍然无法提升时延的表现;

快照、重删、压缩等已经是当前存储界的标准软件功能,但绝大多数传统阵列开启重删、压缩功能时,都会严重的影响业务性能表现。部分产品开启这些高级功能后,甚至会衰减 60% 以上的性能,结果是这些炫目的企业级高级功能只可远观不可亵玩焉,实在是令人痛心!

Nimble 针对这个痛点,创新型的实现了 HDD 的随机写入顺序化技术(Sequential Layout,以下简称 SL),可以使得每块 HDD 的性能表现由随机的 200IOPS 飙升到数万,提升足足 100 倍之多,如果说 DRAM 是一个水池,以往的 HDD 是一根又一根的小水管的话,那使用 SL 技术的 HDD 就变成了比以往粗 100 倍的大水管,可以非常快速的将 DRAM 的数据写入到后端,从而避免了 DRAM 被写满。因此,SL 结合 NVDimm 技术,使得 Nimble 混合存储的随机写入可以达成全闪存的性能及时延。

同时,Nimble 的重删、压缩、快照等高级功能都是由额外专属的 CPU 和 DRAM 在存储内部进行,无需占用对前端服务器提供性能的 DRAM 和 CPU 资源,因此,Nimble 可以做到开启重删、压缩等功能,性能零衰减!

采用热点数据智能表技术,全面提升读性能

同样的,对于传统混合阵列而言,随机读的瓶颈点也一直没有得到有效的解决:如上所述,HDD 的随机读写性能有限,因此绝大多数厂商提供了 SSD Cache 二级缓存技术,以求提升读的性能。但是无奈,大部分的 SSD Cache 设计原理是这样的:将新数据直接写入普通 HDD 介质,待某数据被连续访问若干次后,以数小时至一天为单位将此数据提升到 SSD Cache,以提升读性能。

此方法看似美好,但存在一个致命的问题,就是机器学习是有滞后性的!现在这个时代热点数据几乎几小时一变,被动的响应已经无法满足业务的需求,实际统计来看,即使业内领先的 SSD Cache 技术的命中率,也不过 30% 而已,我们需要一个可以第一时间以更高命中率响应最新热点的存储技术!

Nimble 针对这个痛点,创新型的实现了数据热度表技术。与传统阵列认为所有新数据都是冷数据,等待冷数据慢慢变热不同,Nimble 在向后端 HDD 刷新数据的同时,根据用户选择将 20%~100% 的新数据全部同步写入 SSD Cache,然后根据数据的冷热不同,将冷数据慢慢剔除。实际统计来看,Nimble 的 SSD Cache 技术显著的提升了命中率至少一倍。

综上,Nimble 采用 CASL 技术后,显著的提升了混合阵列的读写性能,并大幅降低了时延,综合表现,Nimble 的混合存储时延可以达成和全闪存媲美的 0.5ms!

有兴趣的小伙伴们,不妨感受一下 Nimble 性能小怪兽的速度与激情……

Nimble 性能怪兽拥有「快、稳、简、智」四大神技,本期我们对「快」字神技进行了深入解读,下期我们将带来 Nimble「稳」字神技的解读,敬请期待……



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