圖一：Gartner關(guān)于2012年基于閃存的存儲(chǔ)陣列營(yíng)收統(tǒng)計(jì)，從圖中可以看出基于閃存的存儲(chǔ)陣列的總市場(chǎng)營(yíng)收約為3.7億美金。全閃存陣列仍然處于一個(gè)發(fā)展初期，整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模不大。

 EMC認(rèn)為閃存不僅僅需要解決性能問題，專注在硬件和物理的性能將會(huì)讓閃存置于小眾市場(chǎng)，EMC作為全球最大存儲(chǔ)廠商致力于如何用閃存技術(shù)加上軟件主導(dǎo)的架構(gòu)，讓用戶能夠使用得起，更加簡(jiǎn)單、敏捷、快速的為下一代虛擬數(shù)據(jù)中心服務(wù)。EMC XtremIO技術(shù)總監(jiān)任宇翔更是直言：XtremIO的大部分知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利都集中在軟件領(lǐng)域，XtremIO基于4K數(shù)據(jù)塊內(nèi)容的數(shù)據(jù)安置、雙階元數(shù)據(jù)引擎、XtremIO數(shù)據(jù)保護(hù)（XDP）、共享內(nèi)存中的元數(shù)據(jù)的四大特性使得能夠徹底擺脫傳統(tǒng)陣列的思維方式和架構(gòu)。

在正式推出XtremIO之后，EMC也發(fā)動(dòng)了針對(duì)當(dāng)前全閃存領(lǐng)域熱門廠商ViolinMemory、Purestorage、Solidfire等的攻勢(shì)，大膽拋出了產(chǎn)品功能對(duì)比圖并對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手提出諸多技術(shù)問題，這也引起了整個(gè)全閃存陣列市場(chǎng)的快速響應(yīng)。EMC這種敢于曬干貨的風(fēng)格遠(yuǎn)比動(dòng)不動(dòng)就號(hào)稱要砸10億美金的廠商來的有效。

XtremIO全閃存陣列概況

EMC XtremIO為一款具備橫向擴(kuò)展能力的全閃存陣列，每個(gè)陣列單元稱之為X-Brick。每個(gè)X-Brick單元配置了25個(gè)容量為400Gb的eMLC SSD，因此一個(gè)X-Brick的原始容量為10TB。EMC宣稱由于采用了全新的架構(gòu)，每個(gè)X-Brick的可用容量可達(dá)7.5TB，這還是不包含去重優(yōu)化的結(jié)果。

圖二：EMC XtremIO全閃存陣列X-Brick模塊外觀圖。每個(gè)X-Brick高度為5U，分別由Storage Controller、DAE、UPS電源組成，每個(gè)控制器為1U雙插槽服務(wù)器，每個(gè)X-Brick配置了4個(gè)8Gb光纖通道端口、4個(gè)10GbiSCSI端口、4個(gè)40Gb Infiniband端口以及2個(gè)1Gb的管理端口。

圖三：XtremIO每個(gè)X-Brick架構(gòu)示意圖，包括兩個(gè)存儲(chǔ)控制器以及24個(gè)eMLC SSD組成。

圖四：EMC XtremIO具備橫向擴(kuò)展能力，可擴(kuò)展為四集群化（每個(gè)X-Brick具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，四集群化X-Brick意味著有八個(gè)節(jié)點(diǎn)。），IOPS可達(dá)到百萬(wàn)級(jí)，X-Brick之間采用Infiniband交換機(jī)互聯(lián)。

EMC XtremIO 技術(shù)總監(jiān)任宇翔表示，XtremIO已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了八個(gè)X-Brick（16個(gè)節(jié)點(diǎn)）甚至更大的陣列擴(kuò)展，EMC也會(huì)很快提供8個(gè)X-Brick配置的陣列。“從理論上看，16個(gè)X-Brick和32個(gè)X-Brick并沒有區(qū)別，但是涉及到很多測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，即客戶當(dāng)前是否需要這么大的容量和性能。”任宇翔補(bǔ)充道。

根據(jù)EMC介紹，X-Brick具有非破壞性XIOS軟件及硬件升級(jí)、擁有高可靠性的熱插拔升級(jí)，且不存在著單點(diǎn)故障。集群化的XtremIO陣列中各個(gè)X-Brick可以擁有不同存儲(chǔ)容量；集成了VMware VAAI、vmware多通道I／O支持，數(shù)據(jù)分卷能夠夸整個(gè)系統(tǒng)；所有元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、配置、管理均在內(nèi)存中進(jìn)行，無(wú)需涉及到SSD；擁有豐富的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，且已經(jīng)與EMC其他產(chǎn)品開始集成。

EMC XtremIO一經(jīng)推出，其每個(gè)X-Brick都需要配置UPS電源就讓人感到奇怪，并且如果單獨(dú)購(gòu)買一個(gè)X-Brick則需要配置兩個(gè)UPS。對(duì)此，EMC XtremIO解釋道：“目前每個(gè)X-Brick都需要一個(gè)UPS來解決電源問題。為什么一個(gè)X-Brick需要兩個(gè)UPS，是因?yàn)樵趩蝹€(gè)X-Brick情況下，電源也需要配置兩個(gè)UPS備份，防止單個(gè)X-Brick情況下UPS失效。如果用戶購(gòu)買兩個(gè)X-Brick以上，則每個(gè)X-Brick配置一個(gè)UPS即可。至于為什么X-Brick需要UPS，那是因?yàn)閄remIO將所有的元數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在內(nèi)存之中，而且元數(shù)據(jù)的操作都在內(nèi)存中進(jìn)行。因此，一旦有任何硬件和軟件問題，內(nèi)存信息將會(huì)全部丟失，比如數(shù)據(jù)中心掉電的情況，UPS可以保證有足夠的電量將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)改變寫入到SSD中。我們也不喜歡UPS這個(gè)解決方案，因?yàn)殡姵胤浅１恐?、占用空間。我們今后會(huì)采用其他辦法，在下一代硬件平臺(tái)上將會(huì)有新技術(shù)來取代UPS。”

“基于內(nèi)容的數(shù)據(jù)安置”打破傳統(tǒng)模式

“基于內(nèi)容的數(shù)據(jù)安置”是指EMC XtremIO全閃存陣列將數(shù)據(jù)分為4KB的散列塊，這些4KB的散列塊完全打散，不按照邏輯地址進(jìn)行排列存儲(chǔ)，而是根據(jù)物理位置進(jìn)行安置。EMC XtremIO技術(shù)總監(jiān)任宇翔強(qiáng)調(diào)基于4K數(shù)據(jù)塊內(nèi)容安置是整個(gè)全閃存陣列其他所有軟件功能的基礎(chǔ)。

圖五：EMC XtremIO的基于內(nèi)容的數(shù)據(jù)安置，完全打破了過去基于傳統(tǒng)磁盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式。

其實(shí)XremIO這種基于數(shù)據(jù)打散的陣列技術(shù)以前也有先例，之前類似的3PAR、XIV等陣列都是基于這種策略。不過傳統(tǒng)磁盤陣列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都是基于邏輯地址，時(shí)間久了之后不可避免的就會(huì)產(chǎn)生磁盤碎片化，從而對(duì)性能產(chǎn)生影響。EMC XtremIO全閃存陣列的策略則是個(gè)將數(shù)據(jù)徹底的打亂，完全碎片化，基于4KB的數(shù)據(jù)塊通過指紋來識(shí)別、存儲(chǔ)、管理等。EMC認(rèn)為這種技術(shù)帶來的直接好處就是線內(nèi)去重化變得非常容易。

圖六：EMC XtremIO基于4KB數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)安置，采用了雙階元數(shù)據(jù)引擎，通過兩步的元數(shù)據(jù)映射使得全閃存陣列的線內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除能夠輕松實(shí)現(xiàn)。

圖七：數(shù)據(jù)通過核心引擎重刪之后，通過40Gb的高速Infiniband內(nèi)部交換網(wǎng)絡(luò)均勻分布到各個(gè)X-Brick之中。

EMC XtremIO技術(shù)總監(jiān)任宇翔表示：“傳統(tǒng)磁盤陣列是按照邏輯地址的次序來存儲(chǔ)在磁盤上，順序操作性能是最佳的，如果傳統(tǒng)磁盤陣列去做線內(nèi)的重復(fù)數(shù)據(jù)閃存操作將會(huì)打破某些操作次序，造成磁盤碎片化，從而使得陣列的性能受損，這是傳統(tǒng)磁盤陣列很難去做線內(nèi)去重的原因。EMC XtremIO則完全不管邏輯地址這種模式，通過基于4K數(shù)據(jù)塊內(nèi)容的數(shù)據(jù)指紋技術(shù)，按照指紋來決定4K數(shù)據(jù)放在什么地方，這種徹底碎片化的方式使得線內(nèi)去重實(shí)現(xiàn)非常容易。如果相同的4K數(shù)據(jù)塊則只用寫入一個(gè)地址即可，當(dāng)去重化成為一個(gè)內(nèi)在功能而不是疊加功能之時(shí)，去重化比例越高、寫操作性能就會(huì)越好，因?yàn)橹恍枰谶h(yuǎn)數(shù)據(jù)設(shè)置好指針就可以。”

據(jù)悉，EMC XtremIO基于4K數(shù)據(jù)塊的指紋技術(shù)是采用的哈希算法。EMC表示通過利用好哈希算法將會(huì)保證數(shù)據(jù)一定完全均衡分布在所有結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)中。

“XtremIO采用的雙階元數(shù)據(jù)引擎，第一步元數(shù)據(jù)映射是邏輯地址到指紋映射；第二部是指紋映射到內(nèi)部的物理地址。一旦做完兩步的雙階元數(shù)據(jù)之后，就增加了系統(tǒng)內(nèi)部的靈活性，XtremIO可以根據(jù)指紋來映射到內(nèi)部具體哪個(gè)物理地址。傳統(tǒng)的RAID有很大的寫放大，即后端的寫擦做和前端寫操作的比例，RAID5和RAID6都會(huì)寫操作都會(huì)放大很多，對(duì)傳統(tǒng)陣列而言將會(huì)是性能損耗，對(duì)全閃存陣列而言將會(huì)是閃存壽命的損耗，XtremIO這種方式則將傳統(tǒng)的RAID的寫放大給大幅降低了。”任宇翔補(bǔ)充道。

圖八：XtremIO的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制XDP，通過雙階數(shù)據(jù)引擎避免了RAID5、RAID6的寫放大外，達(dá)到了RAID6的保護(hù)效果。

圖九：EMC XtremIO XDP原理。

EMC XtremIO技術(shù)總監(jiān)任宇翔表示：“XDP首先是雙備份，和RAID6一樣讓XtreamIO陣列同事有兩塊閃存盤，如果出錯(cuò)可以糾錯(cuò)，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。同事，還避免了傳統(tǒng)RAID的寫放大發(fā)生。”

共享內(nèi)存元數(shù)據(jù)—XtremIO高速運(yùn)行的秘密

就如前文所述，EMC XtremIO將元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與操作全部轉(zhuǎn)移到內(nèi)存層進(jìn)行操作。通過這種將元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存之中的方式，共享式元數(shù)據(jù)將不再寫入到SSD之中；從而降低了閃存的各種寫操作，延長(zhǎng)使用壽命。共享內(nèi)存元數(shù)據(jù)的方式也使得很多軟件功能在內(nèi)存層即可完成。

EMC XtremIO 技術(shù)總監(jiān)任宇翔表示：“共享內(nèi)存元數(shù)據(jù)使得很多功能通過操作元數(shù)據(jù)即可完成。比如拷貝功能，虛擬機(jī)模板拷貝到成百上千個(gè)虛擬機(jī)中，傳統(tǒng)磁盤方式只能依靠讀寫所有的數(shù)據(jù)塊，非常耗時(shí)間、耗IO的操作。而XtreamIO的拷貝操作完全在內(nèi)存中，以元數(shù)據(jù)操作的方式去解決，速度就會(huì)非常之快。”

圖十：EMC XtremIO SnapShot快照通過元數(shù)據(jù)可以讓處理速度更快。

通過在內(nèi)存層面的元數(shù)據(jù)操作，像虛擬機(jī)克隆、拷貝；數(shù)據(jù)庫(kù)克隆；快照處理等功能都將大幅提升處理速度。當(dāng)然，這種處理方式也充滿爭(zhēng)議。Greenbyte前CEO Steve O’Donnell就表示：“EMC將垃圾碎片回收機(jī)制從SSD中徹底取消，這樣將無(wú)法對(duì)被鎖定的NAND進(jìn)行控制，無(wú)法在系統(tǒng)控制器層面加以適當(dāng)管理。”同時(shí)，Steve O’Donnell也指出采用X86服務(wù)器充當(dāng)控制器可能存在隱患，他表示：“雖然將元數(shù)據(jù)放入內(nèi)存之中能夠讓陣列擁有極高的運(yùn)行速度，但是控制器的主板是出了名的不可靠。”這也許能夠解釋為什么X-Brick需要配置UPS電源的原因。

XtremIO：這一年在整合

EMC收購(gòu)XtremIO之后，并沒有著急正式推出新產(chǎn)品，而是在各方面進(jìn)行了整合與集成。根據(jù)任宇翔介紹，XtremIO利用了EMC提供最好的硬件平臺(tái)和全球供應(yīng)鏈，從而保證了XtremIO陣列的數(shù)量和質(zhì)量。此外，XtremIO在產(chǎn)品與技術(shù)層面也進(jìn)行了深度的整合，包括與VMware、VCE集成系統(tǒng)、VPlex、PowerPath、EMC遠(yuǎn)程安全支持等。

EMC XtremIO 技術(shù)總監(jiān)任宇翔表示：“目前XtremIO已經(jīng)有超過100多個(gè)用戶，分布在北美、歐洲以及中東等地區(qū)，大部分公司都是財(cái)富五百?gòu)?qiáng)的公司，包括全球知名的保險(xiǎn)公司、汽車制造商、軟件商、制藥公司等。”

隨著閃存特別是全閃存在數(shù)據(jù)中心逐漸開始流行，基于整個(gè)數(shù)據(jù)中心的分層策略無(wú)疑將會(huì)成為用戶考慮的要素。任宇翔表示：“目前XtremIO第一代產(chǎn)品還不是EMC分層存儲(chǔ)的一部分，未來XtreamIO將會(huì)成為EMC分層存儲(chǔ)戰(zhàn)略的一部分。XtremIO是全閃存陣列，某個(gè)角度是為解決一系列特殊問題而設(shè)計(jì)的，在這些問題有個(gè)共同點(diǎn)就是客戶分不清哪些數(shù)據(jù)是熱的，哪些數(shù)據(jù)是冷的。分層存儲(chǔ)一個(gè)很重要的前提就是客戶需要了解數(shù)據(jù)的冷熱，如果90%的數(shù)據(jù)是熱的那就是徹底的完全隨機(jī)讀寫環(huán)境和場(chǎng)景，在這種情況下傳統(tǒng)分層存儲(chǔ)很難解決性能問題。很多客戶告訴我們，他們的應(yīng)用場(chǎng)景分不清楚冷熱數(shù)據(jù)，但是會(huì)覺得這些應(yīng)用場(chǎng)景往往是對(duì)IO要求最高的應(yīng)用，今后的趨勢(shì)是這種應(yīng)用場(chǎng)景的比例會(huì)越來越多。短則三五年，長(zhǎng)則十到半年，所有數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)都會(huì)變成閃存，即全閃存數(shù)據(jù)中心。”

同時(shí)，任宇翔還駁斥了閃存內(nèi)部需要進(jìn)行分層的做法。他表示：“選擇SLC和MLC之間進(jìn)行分層是因?yàn)樵诩軜?gòu)上存在問題，一些寫操作不能放到MLC上，如果把這些寫操作放到MLC上，將會(huì)很快使MLC消耗殆盡。如果架構(gòu)上領(lǐng)先，則可以全部采用MLC，因?yàn)镸LC價(jià)格低、密度大，沒理由不用。”

圖十一：EMC已經(jīng)推出了集成XtremIO全閃存陣列版本的VCE產(chǎn)品。

總結(jié)：EMC XtremIO一經(jīng)推出，即獲得了大量關(guān)注與爭(zhēng)議，雖然第一代產(chǎn)品并不完美，但是XtreamIO在軟件和架構(gòu)層面上的創(chuàng)新，使得XremIO在全閃存陣列領(lǐng)域樹立了新的標(biāo)桿。毫無(wú)疑問，隨著EMC正式加入到全閃存陣列市場(chǎng)的戰(zhàn)團(tuán)，未來全閃存陣列市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)無(wú)疑會(huì)愈演愈烈

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