淺談ZFS Hybrid Storage Pools

Jackychen83

淺談ZFS Hybrid Storage Pools

被稱作“史上最后一個(gè)文件系統(tǒng)”的ZFS，作為Solaris 10和OpenSolaris的新特性引進(jìn)后，吸引了開源社區(qū)里無數(shù)人的關(guān)注，Linux之父Linus Torvalds公開表示對(duì)Solaris軟件的ZFS（Zettabyte文件系統(tǒng)）特別感興趣,蘋果公司也宣稱Mac OSX采用ZFS文件系統(tǒng)。從OpenSolaris 2008.05發(fā)布版開始，SUN在ZFS中引進(jìn)了對(duì)Intel® High-Performance Solid State Drives (SSDs)的支持，提供混合存儲(chǔ)池（Hybrid Storage Pools），本文將對(duì)此進(jìn)行介紹。
1. 什么是SSD？
SSD即固態(tài)硬盤(solid state disk)，SSD由控制單元和存儲(chǔ)單元（FLASH芯片）組成，簡(jiǎn)單的說就是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤。閃存設(shè)備記憶數(shù)據(jù)不需要電源，而且讀寫數(shù)據(jù)的速度非�？�，就像 DRAM一樣。隨著全球電價(jià)上漲，以及海量數(shù)據(jù)存取速度的需求，SSD越來越被看好。
以下是SSD、HDD的存取速度、單位造價(jià)和耗電量的對(duì)比，IOPS 即Input/Output Operations PerSecond。
SSD：7000 write IOPS, 35000 read IOPS, $2/GB ,15-20w
HDD：180 write IOPS, 320 read IOPS ,$30/GB,2.5w
2. 改進(jìn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)機(jī)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的黃金法則——加快經(jīng)常性事件(make the common case fast)，道理十分明顯，使經(jīng)常性事件的處理速度加快能明顯提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。遵循大師們提出的這一準(zhǔn)則，RISC、RAID等大批技術(shù)橫空出世。前輩們屢試不爽的準(zhǔn)則，在ZFS的創(chuàng)新過程中，又一次得到成功驗(yàn)證。
隨著多核技術(shù)的發(fā)展，特別是服務(wù)器端多核技術(shù)的廣泛應(yīng)用，磁盤存取速度的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上處理器處理速度的增長(zhǎng)，整個(gè)系統(tǒng)的性能越來越拖累于慢速的磁盤。同時(shí)服務(wù)器端海里數(shù)據(jù)存取，產(chǎn)生的大量磁盤操作已經(jīng)成了經(jīng)常性事件。磁盤訪問已經(jīng)成為系統(tǒng)的瓶頸，而且數(shù)據(jù)中心大量磁盤產(chǎn)生的電費(fèi)也是一筆不菲的成本。
SUN的ZFS+SSD解決方案
解決上述問題有以下一些方案
增加內(nèi)存緩存一些數(shù)據(jù)來提高數(shù)據(jù)存取性能，但是存儲(chǔ)容量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于內(nèi)存容量的增長(zhǎng)，并且代價(jià)十分高昂。
利用閃存比DRAM便宜且存取速度相當(dāng)，將閃存設(shè)備作為另一層級(jí)的存儲(chǔ)器引進(jìn)數(shù)據(jù)中心。但這會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換成本或操作成本，使數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生新的成本開支，面臨新的管理紛爭(zhēng)。
可見以上方案均不是很合理，那么如何實(shí)現(xiàn)高性能、低能耗、對(duì)用戶和操作者透明的解決方案呢？答案就是SUN ZFS+SSD混合存儲(chǔ)池。
使用少量高速SSD作為內(nèi)存與磁盤的緩存，將經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)放到快速的緩存，加快了訪問速度，同時(shí)保留了HDD的大容量存儲(chǔ)能力。同時(shí)ZFS對(duì)SSD進(jìn)行了無縫整合，可以把SSD作為文件系統(tǒng)的二級(jí)緩存(L2 ARC)以及ZIL(ZFS Intent Log)，自動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)充分利用快速SSD提供系統(tǒng)讀寫吞吐率。
ZFS+SSD的體系結(jié)構(gòu)
(1).Read/Write Cache Pool:ZFS利用主存和SSD作為自動(dòng)伸縮緩存(Adaptive Replacement Cache)，并能檢測(cè)訪問模式
(2).ZIL(ZFS Intent Log) Pool：ZFS一般使用NVRAM，SSD(Solid State Disk)作為 ZIL存儲(chǔ)池。ZFS是事務(wù)型文件系統(tǒng)，對(duì)于同步寫操作，ZFS為系統(tǒng)中每一個(gè)ZFS文件系統(tǒng)維護(hù)一個(gè)ZIL。同步寫操作的數(shù)據(jù)會(huì)先寫入ZIL，并且會(huì)把磁盤的write cache的數(shù)據(jù)同步到磁盤上，然后應(yīng)用的寫操作返回。當(dāng)文件提交命令發(fā)生時(shí)，ZFS會(huì)把ZIL里該文件的數(shù)據(jù)同步到磁盤上。
(3).DISK Pool：ZFS利用disk pool為文件系統(tǒng)自動(dòng)分配HDD空間
3. 總結(jié)
ZFS文件系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)文件系統(tǒng)的一次革命性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，ZFS解決了文件系統(tǒng)的完整性、安全性和可伸縮性以及管理困難等重要難題。ZFS文件系統(tǒng)是世界上第一個(gè)128位的文件系統(tǒng)，其存儲(chǔ)容量和文件數(shù)量幾乎只受硬件的限制，增加了混合存儲(chǔ)池后ZFS功能將更強(qiáng)大，心動(dòng)了吧，趕緊去裝個(gè) OpenSolaris體驗(yàn)下吧！


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