最初的闪存架构

Wikibon研究表明，闪存用作持久性存储阵列的架构发展有过四个主要阶段：
 
1. SSD早期开发，在现有阵列中使用SSD

• 当一个新技术开始应用时，初期的当务之急是避免对上层应用和下层支撑的基础设施做任何不必要的更改，以尽量减少迁移成本。 EMC在2008年初发布了其第一个SSD驱动器，距苹果 Nano在2005年9月发布不到三年，那是闪存第一次大规模应用于消费电子产品。早期的SSD驱动器又小又快，每GB成本非常昂贵。这些驱动器被用于那些因磁盘存储而成为瓶颈的应用，尤其是在数据库中。随着分层软件的兴起，SSD驱动器进一步普及。分层软件例如EMC的FAST VP可以使存储卷和卷的一部分自动迁移到闪存中。该软件能够更有效地利用昂贵的闪存资源。但随着闪存价格下跌得比磁盘快得多，这类软件的价值也在下降。

• 闪存的早期应用进一步增强了将闪存作为企业级持久性存储介质的信心。它为应用提供低IO延迟和高IOPS。它能帮助现有应用进行自身改善，有时这种改善非常显著。然而，闪存仍然主要用作磁盘驱动器的前端缓冲。这种闪存的使用方式在处理偶尔很高的延迟方面依然存在复杂性，并且它也不适合作为新的应用程序设计的基础。

2. 混合架构

• 混合架构的存储阵列开始大量出现，它们配备了容量比以前高得多的闪存，并且是把数据的主副本直写到后端磁盘的。举个例子，Tintrí推出“闪存优先”的设计，将所有数据都先写入闪存，然后再随着数据访问频度的降低逐级向下直到转移到大容量磁盘。 EMC的VNX和其他产品都重新编写了他们的控制器软件，以方便采用更多闪存的存储阵列。

•  这种方法使IO响应时间更加一致，并能获得更高的IOPS，但依然保持磁盘作为最终储存。这使得它在应用于那些只需少量工作数据的应用程序方面依然受限。并且它也没有建立起一个良好基础应对全新的应用设计方式。

• 由于混合存储阵列的基础依然与磁盘驱动器有关联，它不是一个现代共享式存储体系架构。

• 今天的混合架构可以迁移到性能较低的闪存阵列，作为后端存储介质，面向中小型企业和中端市场的需求。

3. 基于传统双控制器的全闪存阵列

• 在过去几年已有数家传统存储大厂和初创厂商推出新型的全闪存阵列；

• 这些产品各有不同，从简单而强调极速的闪存阵列，如IBM的FlashSystems，到采用双控制器架构通过有效软件提供更高水平的重复数据删除和压缩功能的，如Pure Storage；

• 受双控制器架构的制约，无论在功能部署方面，还是在重删能力方面都有限制。

4. 横向扩展的共享数据架构

• 这是下一节的主题，是通往电子数据中心的关键。

横向扩展共享数据架构

在数据中心里采用共享数据的理念要求其中的持久性存储闪存阵列必须支持一系列的架构体系特性。四个关键特性按重要性顺序介绍如下：

1. 可扩展性

• 要允许整个企业级的数据共享，存储阵列必须超越传统的双控制器架构。

• 一个横向扩展的架构必须使所有节点都能访问到描述数据的元数据、快照数据以及访问数据的应用程序。

2. 延迟和延迟方差的一致性

• 硬盘系统无法为每个IO请求都提供一致的延迟要求——全闪存阵列是提供这种能力的唯一途径；

• 阵列架构必须能使数据访问负载自动，均匀地分布（这不是手动完成的功能），以消除热点；

• 这是对共享数据的服务质量要求的先决条件。

3. 高级快照技术

• 传统磁盘阵列中，快照的管理对生产工作负载是个挑战，特别是大规模生产工作负载。挑战之一就是磁盘的数据访问密度有限，支持快照比较困难；

• 全闪存阵列中，闪存的数据访问密度可以使数据的快照副本有潜力达到和原始数据相同的性能，还可以支持多个快照拷贝以及衍生快照。先决条件是元数据以及元数据管理模式必须存在并可用，它们将保证所要求的性能，以及性能要求能够同时作用于数据的逻辑抽象层面和物理层面；

• 全性能，节省空间的可写快照以及完整的元数据支持功能对于数据共享是个关键。

• 快照管理必须包括全功能的目录描述，包括拷贝什么时候生成，以何种方式呈现，以及什么时候被用于其它应用程序（此功能可以内置于阵列中，或者由外部软件以API的方式提供给阵列）。

• 高级快照技术将会彻底改变高性能系统的备份方式。针对不同的应用，动态地允许特定的RPO和RTO服务水平（SLA），并消除对专用重复数据删除设备的需求。

4. 高级服务质量

• 理想情况下，服务质量（QoS）最好是把性能QoS、容量QoS和保障水平分开来考量。

• 服务质量最好应该包括最低和最高的性能要求，在某一应用程序的基础上，并能直接映射到该应用程序的服务质量。

• 服务质量应该允许对共享数据的物理使用情况的视图，以及通过正常逻辑方式（例如LUN或其它等效的）的使用情况视图，藉此再通过管理工具，实现完全的性能管理。

关键点：横向扩展存储架构和丰富的元数据支持，一致的时延要求，高级快照技术和高级服务质量是第四代全闪存阵列的先决条件。这些阵列将是未来电子数据中心的初步基础。