NetApp 企业部署闪存白皮书.docx

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1、NetApp白皮书在企业中部署闪存可增强性能并降低成本的选择NetApp公司PaulFerestenxMohitBhatnagarsManishAgarwal和RipWilson2013年4月|WP-7182内容提要硬盘驱动器固有的性能瓶颈让人困扰不已，而闪存正迅速成为克服这一瓶颈的首选方式。但是，由于闪存价格不菲，只有在容量要求相对较小而性能要求较高的情况下，用闪存完全取代HDD才有意义。将闪存的性能与HDD的容量相结合的部署方法（包括混合存储阵列、服务器闪存和纯闪存阵列）既经济又高效，可满足广泛的性能要求。NetApp提供了一系列全面的闪存解决方案，包括服务器闪存、混合存储阵列和纯闪存阵列

2、我们对每个解决方案的不同性能和容量组合的成本进行了细致分析，以帮助您了解如何根据自己的性能需求（QPS和延迟）、容量要求、工作集大小（热数据量）、预算和数据保护目标，选择可解决存储难题的最佳解决方案。目录1简介32为企业IT部署闪存33可满足企业需求的完整闪存产品组合54混合存储解决方案64.1 DataONTAP与虚拟存储层64.2 E系列解决方案65服务器闪存76纯闪存阵列86.1 EF54086.2 FIashRay87结论9插图目录图1)HDD性能与容量对照图3图2)企业存储选项4图3)性能/容量分析4图4)NetApp闪存产品组合51简介闪存技术正在改变企业处理存储的方式。经过在消

3、费市场中的多年应用，闪存无论是从价位还是成熟度上，都已经达到了可支持您积极部署的程度，以便满足业务关键型应用程序的需求。硬盘驱动器(HDD)具有一些让人困扰的不足之处，使您很难为具有高性能需求的应用程序配置存储。因为HDD每秒执行的随机I/O操作数(IoPS)只介于300次到400次之间，所以要提供数万次IOPS1存储系统便需要数百个磁盘，即使不需要如此大的容量时也是如此。过度配置磁盘来达到性能目标会产生可观的资本支出，并且会浪费机架空间、电耗和散热成本。高性能工作负载的需求越来越高，OPS需要达到100,000次甚至更多，这令该问题更趋严重。图1)HDD性能与容量对照图。如果在所需容量下无法

4、达到所需性能，便需要进行过度配置。过度配置区域必需已配置容量HDD的最快访问时间为3到4毫秒，会导致延迟，比基于闪存的SSD要慢得多。基于闪存的SDD可达到微秒级的响应时间，每个设备的IOPS高达数千次。单凭HDD可能已无法满足对延迟敏感的应用程序的需求。凭借显而易见的性能优势以及明显降低的电耗，闪存SSD以及其他闪存设备正开始逐渐取代高性能HDD。但是，由于目前SSD的成本是每GB可用存储成本的十多倍，因此IT团队仍在寻找用来部署闪存技术的最佳策略，以根据需要提供性能，同时最大限度地降低总体存储成本。自2009年，也就是早在目前的许多闪存公司成立之前，NetApp就已推出闪存产品来加快企业应

5、用程序的速度。截至2013年4月，我们已发售超过36PB的闪存，提高了共计超过3EB存储的性能。我们是最早提供企业级闪存阵列的大型存储供应商之一，我们的闪存产品组合囊括了一系列全面的混合存储和服务器闪存选项。由于有了更多的选择，您将有更大的余地来选择价格合适的恰当解决方案。这些解决方案可提供卓越的性能，以及您期望从NetApp获得的企业级可靠性和功能组合。本白皮书详细介绍了可供选择的企业闪存选项，有助您了解哪种解决方案最符合您的业务要求。NetApps闪存系列中的所有产品都逐一进行了介绍。2为企业IT部署闪存在数据中心中部署闪存时，有多个选项可供选择：混合存储解决方案使用迁移或缓存技术将热数据

6、存放到闪存中，实现闪存的性能与HDD的容量完美结合。服务器闪存解决方案可以将HDD存储中的永久性固态存储或缓存数据存放到服务器中安装的闪存设备上，从而极大地降低从缓存访问数据时的延迟。.纯闪存阵列可为业务关键型应用程序提供最高性能和高度一致性。图2）企业存储选项服务28闪存4存存储 访可退值倒快将小纯闪存阵列曾桂理方范温眇续访可H行的散媒利用HDD If供客 *久修Nflt访问速it 鳏济W效的可VH容永久性存储亚塞触必访可容餐牧人性（-要拿容量要求这些解决方案本身并无法满足所有数据中心存储需求C您最终选择的解决方案取决于多个因素，包括您的活动数据集大小、活动数据集的变化速度，以及需要加速的应

7、用程序数量。NetApp对各种各样的性能/容量组合进行了详细的分析，以确定其中最为经济高效的选项，从而揭示每种解决方案最适用的条件。图3）性能/容量分析揭示了不同闪存技术最适用的条件。在容量要求较低而性能要求较高的情况下，纯闪存阵列是最经济高效的解决方案。混合配置（包括服务器闪存）占据了图表的中间位置，表明随着HDD和闪存容量的增加，性能也逐步提高。当闪存技术成本降低并整合了存储效率技术（例如重复数据删除和数据压缩）以减少总体闪存使用量时,图3中显示的纯闪存阵列与加速的混合配置之间的分界线会逐渐向右移动。如此一来，纯闪存配置将迎合更广泛的要求。目前，许多工作负载落在纯闪存区域与混合区域之间的边

8、界上。随着闪存容量成本的降低，这些工作负载有可能会移至纯闪存区域中。工作负载要求也在不断变化。当容量要求保持相对平稳的状态时，结构化工作负载的性能要求会不断增长，说明这些工作负载是时候该更换介质了。对于许多非结构化工作负载，容量要求的增长速度超过了介质价格的下降速度，因此混合解决方案目前仍是更好的选择。3可满足企业需求的完整闪存产品组合NetApp提供了完整的闪存产品组合，因此您可以选择可提供所需性能和容量的解决方案，并根据应用程序的确切要求定制解决方案。闪存在整个基础架构堆栈中都发挥着一定作用；这正是我们的产品组合包含混合存储、服务器闪存和纯闪存阵列等多个选项的原因。混合闪存选项可用于Net

9、AppFAS和NetAppE系列平台。用于FAS和V系列系统的NetAppFlashCache-与FlashPool-智能缓存以及用于E系列的SANtricitySSDCache均使用闪存资源来自动缓存热数据，而无需复杂的配置或持续的管理。 NetApp服务器闪存将FlashAcceH软件与您在服务器上选择的闪存硬件相结合，为需要尽可能低延迟的应用程序提供永久性缓存。 NetApp闪存阵列提供专用的高性能平台，可实现高性能和可靠性以及企业级功能。所有这些选项都可以减少指定工作负载所需的磁盘轴总数。凭借混合存储和服务器闪存，您还可以部署容量优化的磁盘驱动器而非性能优化的驱动器，以实现更多节省。图

10、4）NetApp闪存产品组合包括FAS、E系列和FIashRay平台.涵盖从服务器到磁盘阵列的整个基础架构堆栈。服务器级别Flash Accel控制器级别Flash Cache阵列级别（混合） Flash Pool l-据缓存） 闪存覆合 永久共享存储（Data ONTAP）我们认识到购买决策可能很复杂。尽管性能、容量和成本提供了良好的开端，但是最终，可用性、数据保护以及提供企业级服务和支持的能力等其他因素可能同样重要。所有NetApp解决方案不仅提供您预期的性能、容量和可扩展性，还提供久经考验的可用性和企业级功能，以简化您的IT运营并帮助您的企业取得成功一所有这一切都享有我们的全球支持和服务

11、组织的全力支持。评估闪存解决方案评估闪存解决方案时，您必须根据四个评估标准考虑决策。您对以下标准的价值评估越精确，就越能准确地确定最适合您自身需求的解决方案。 性能。在IOPS方面，您有哪些读取和写入性能要求？您的延迟目标是什么？相对于达到平均延迟目标，确保每项操作具有稳定一致的延迟有多重要？ 规模。您需要多大的总容量，以及需要在闪存中存储多大的典型工作集（活动数据）？ 预算和空间。您的每GB成本（$/GB）和每IOPS成本（$/10PS）价格目标分别是什么？在您的决策中，空间、电耗和散热成本有多重要？（较低成本的解决方案需要代价高昂的数据中心升级，这并不可取。） 数据管理和保护。您需要哪些功

12、能来实现高可用性、数据保护和灾难恢复？您有哪些支持要求？在本文中，我们将根据客户概况探究这些评估标准，以及如何利用这些标准制定购买决策4混合存储解决方案NetApp自2009年引入第一款FlashCache产品以来，在混合存储领域就一直处于领先地位。我们投入了大量时间和精力来了解混合存储必须面临的挑战，以设计可提供最大应用程序性能并最大限度降低成本和复杂性的解决方案。从性能角度来看，混合存储的主要目的是将尽可能多的随机I/O转移到闪存中，以增加IOPS并减少给用户和应用程序造成的平均延迟。我们发现，基于缓存的方法(采用这种方法，热数据会自动提升至闪存介质)可显著提升各种应用程序的性能.而无需进

13、行设置、调整或持续管理。我们将此方法与NetAppDataONTAP操作系统所使用的虚拟存储层(VST)技术以及NetAppE系列运行的NetAppSANtricity操作系统中的SSDCache结合使用。4.1 DataONTAP与虚拟存储层在NetAppDataONTAP中使用NetApp虚拟存储层(VST)技术可实时提升数据,热数据会立即进入缓存，不会给性能加速造成任何延迟，且无需设置策略、阈值或时间窗口，从而轻松进行部署和管理。VST与DataONTAP的统一存储架构完全集成，因此可支持任何存储协议以及全套的NetApp存储效率和集成的数据保护功能，以实现最佳性能。FlashCache

14、FlashCache可针对控制器上的所有应用程序工作负载提高随机读取性能。它非常适用于技术、Web和业务应用程序以及文件服务和VDI1是混合存储工作负载的理想选择。例如，文件服务工作负载最初一直由具有240个高性能HDD(600GB,10KRPM)的FAS6210进行处理。添加1TBFlashCache,并用168个高容量HDD(1TB17.2KRPM)取代现有HDD,则产生以下结果： 每TB成本降低34% 每IOPS成本降低40% 容量增加17% 电耗减少40% IOPS增加28% 平均响应时间缩短18%FlashPoolNetAppFlashPool可针对特定工作负载提高随机读取和写入性能

15、特别适用于OLTP应用程序。从HDD的角度来看，最“昂贵”的活动是随机块读取和覆盖。FlashPool会将这些操作移交给SSD执行，而HDD则会满足您的容量要求。缓存写入会阻止向HDD执行短暂的写入操作。使用OLTP工作负载进行的前后对比研究说明了FlashPool的影响。FAS6210上的240个高性能驱动器(600GB110KRPM)已由216个高容量磁盘(1TB,7.2KRPM)和24个SSD(100GB)取代。更新的配置提供相同的IOPSt并且： 每TB成本降低46% 每IOPS成本降低18% 容量增加50% 电耗减少26 响应时间大幅缩短4.2 E系列解决方案NetAppE系列存储

16、专为提高速度而设计。E系列系统通常专供高性能应用程序(例如实时分析、OLTP和流视频)使用。NetAppSANtricitySSDCache的设计意图是针对这些工作负载及类似应用程序工作负载优化性能。E系列技术还广泛地通过OEM来销售。Teradata等合作伙伴采用一种方法来实现经过优化的混合存储，以满足特定应用程序的独特需求。SANtricitySSDCache与FlashPool一样SANtricitySSDCache也会实时自动地将数据块缓存到SSD上，而无需策略或计划数据迁移。缓存下限为一个SSD驱动器的容量，E系列系统上的任何或所有卷均可共享SSDCacheoSANtricitySS

17、DCache在设计上实现了优化，可为高性能应用程序提供更高的灵活性，包括可调整的块大小，我们已证明，这一优化可提高缓存的填充速度。您可以根据应用程序的特点设置写入行为。对采用SANtricitySSDCache的工作负载进行的测试表明，与未采用缓存的相同阵列相比，I。PS提高多达700%。基于迁移的混合存储混合存储的关键是确保活动数据集位于闪存上。尽管缓存方法适用于广泛的应用程序，但是只有在全面了解应用程序行为的情况下，特别是当工作集非常大得将要超过缓存大小时，才适合主动将数据从HDD迁移到SDDo例如，领先的NetAppOEM合作伙伴Teradata将此方法用于其数据仓库硬件平台。利用Ter

18、adata数据仓库，可以明确每个数据块的访问频率，进而明确其最佳存储位置。TeradataVirtUalStoraae软件可监控数据块的访问频率，并将频繁访问的数据自动迁移到SSD0不同行业中的不同客户在数据仓库系统中使用数据的方式却有着惊人的相似性。通过监控成千上百的系统，Teradata发现数据访问遵循典型的80:20规则，即访问20%的数据会占用80%的时间。通过将每个阵列中20%的数据存放到SSD,用户的分析操作速度最高提升了60倍。最佳介质：混合存储混合存储是最经济高效的选择，可满足广泛的容量和性能要求。（见图30） 性能。40K-200K的IOPS（混合读写），3-5毫秒的延迟。

19、规模。40TB-1PB的容量，2TB以下的工作集。多个应用程序需要共享一个公用存储基础架构，且工作负载不可预测。 预算和空间。通过减少磁盘轴的数量来达到指定的性能水平，或者用容量优化的磁盘取代性能优化的磁盘，减少了存储占用空间。 数据管理和保护。成熟的数据管理和保护选项。5服务器闪存借助NetAppFlashAcceb软件，可以将热数据缓存到与应用程序尽可能接近的服务器上，从而最大限度地减少缓存中数据的延迟，同时提供其他服务器闪存解决方案所没有的持久性、耐用性和缓存一致性。我们的方法兼具本地存储的快捷性和整合主存储的便利性，适用于数据管理和保护。当要加速的应用程序具有大小适中的活动数据集（因此

20、适合存储在服务器上的闪存中），且该活动数据集不会迅速发生变化时，特别适用该方法。FlashAccel可与服务器上的任何闪存设备配合使用，以保护现有投资。该软件将吞吐量提高多达80%,并将事务延迟降低多达90%oNetApp建议在主存储上配合FlashCache或FlashPool部署FlashAccel,以取得最佳成效。我们使用JetStress模拟MicrosoftExchange产生的磁盘I/O负载，比较了启用与未启用FlashAccel的同一配置的性能。启用FlashAccel后，读取和写入操作的I/O性能都提高了大约77%o在另一个示例中，FlashAccel用于优化实际的Micros

21、oftExchange配置。原始配置采用了具有512GBFlashCache和72个高容量磁盘驱动器（1TB,7.2KRPM）的FAS3240c更新的配置将FlashAccel和PCIe闪存卡添加到服务器中，并将磁盘数量减少到48个，磁盘轴总数减少了33%。性能仍保持不变，而总存储成本降低了15%,FAS3240上的内存和CPU利用率降低了10-15%。最佳介质：混合存储与服务器闪存如果关键性能目标只针对在一台或几台服务器上运行的特定应用程序，则在混合存储配置中添加服务器缓存不失为最佳选择。服务器闪存最适合活动数据集（即工作集）相对较小（适合存储在服务器上的闪存中）的情况，以及无需确保每次I/

22、O性能均一致的情况。 性能。40K-400K的IOPS（混合读写），1-2毫秒的延迟。 规模。40TB-1PB的容量，2TB以下的工作集。多个应用程序和工作负载共享一个公用存储基础架构。一个或几个应用程序需要额外的延迟加速。 预算和空间。通过戒少磁盘轴的数量来达到指定的性能水平，或者用容量优化的磁盘取代性能优化的磁盘，减少了存储占用空间。提高了存储控制器利用率。 数据管理和保护。由后端存储阵列提供数据管理和保护。6纯闪存阵列2012年，NetApp开始发售首个纯闪存阵到EF540oEF540的设计意图是在一个凝结了从500,000多个存储系统获得的部署知识和经验的平台上，提供卓越的性能、效率和

23、可用性。一个专门设计的全新闪存阵列（FIaShRay）目前也在研发中，并将于2014年推出。6.1 EF540EF540是该行业的首个纯闪存阵列，可提供闪存性能以及企业级可靠性和功能。这些功能可以提高业务的发展速度，以及IT运营的整体效率。EF540适用于具有亚毫秒级延迟要求的性能驱动型应用程序。借助EF540,您的业务关键型应用程序可更快地取得成效，实现只有纯闪存存储才能达到的响应时间。EF540闪存阵列采用高IOPS与超低延迟的组合，是适用于数据库驱动型应用程序的强大系统。一个系统可提供多达19.2TB的原始容量，以极低的延迟实现超过300,000次IOPS的可预测、可重复且可持续的性能。

24、这相当于超过1,000个传统15K硬盘驱动器所能达到的事务处理性能，而空间、电耗和散热减少95%,另外还需注意的是，EF540可实现高达6GB/秒的吞吐量，以满足大型块I/O或带宽导向型工作负载的需要。EF540可提供完整的企业级可靠性和可用性功能。标配的完全冗余I/O路径和自动化故障转移功能在某些闪存阵列上并不提供（这或许出人意料）。可在EF540保持在线状态（可进行各种数据读/写访问）时执行所有管理任务。广泛监控诊断数据，可提供全面的故障隔离，简化意外事件的分析，以便及时解决问题。主动修复，有助于在最短时间内使系统恢复最高性能。高级数据保护选项包括用于本地保护的高效快照，以及用于灾难恢复的

25、异步或同步复制。6.2 FIashRay2013年2月，NetApp宣布推出FIashRay-存储阵列，这是一款专门设计的纯闪存存储架构，具有横向扩展功能，并将稳定一致的低延迟性能、高可用性、集成数据保护功能与企业存储效率功能（如内置重复数据删除和数据压缩功能）兼于一身。FIashRay将于2013年中期开始Beta测试，并于2014年正式推出。最佳介质：纯闪存阵列如果必须以稳定一致的低延迟完成所有事务，纯闪存阵列将是最佳选择。它特别适合性能要求较高且容量要求适中的情况。 性能。50K-400K读取IOPS,不足1毫秒的延迟，具有高一致性。 规模。15TB-40TB的容量，40TB以下的工作集

26、异构和不可预测的工作负载。诸多地理位置需要的存储. 预算和空间。通过戒少支持应用程序所需的磁盘轴数量和类型，减少每IOPS成本和数据中心空间。 数据管理和保护。因为在这一领域有许多新供应商，所以数据管理和保护选项可能区别很大，在性能和成本具有可比性的情况下，这可能也是主要区别。7结论利用闪存技术，您可以提高应用程序的运行速度，缩短其响应时间，从而更快完成业务所依赖的流程，并提高IT效率。作为领先的存储供应商，NetApp拥有丰富的闪存技术经验、广泛的闪存工作组合，以及满足整个IT基础架构的各种闪存需求所需的企业功能。这些产品包括纯闪存阵列、完整的混合闪存解决方案选项和服务器闪存。要验证您的特

27、定环境是否支持本文档所述的确切产品和功能版本.请参阅NetApp支持站点上的互操作性表工具(IMT)NetAppIMT定义了可用于构建NetApp所支持的配置的产品组件和版本。具体的结果取决于每个客户依照所发布规格进行的安装的情况NetApp对本报告中提供的任何信息或建议的准确性、可靠性或适用性以及因采用在此提供的信息或建议而可能导致的任何后果不做任何声明或担保.本文档中信息按原意发布，对此类信息的使用或对此处任意建议或技术的实施均由客户承担责任，并取决于客户评估和将其融入客户运作环境的能力。本文档以及文档中所含信息仅可用于本文档中所讨论的NetApp产品。 NetAppGofurther,faster2013NetApp,lnc.o保留所有权利。未经NetApp,Inc.事先书面同意，不得复制本文中任何内容。规格如有更改，恕不另行通知：NetApp.NetApp标识、Gofurth&f.faster.DataONTAP,FlashAccel.FlashCache,FlashPookFIashRay和SANtrIcIty9在企业中部署闪存是NetApp,Inc,在美国和/或其他国家或地区的商标或注册商相.Microsoft是MicrosoftCorporation的注册商爵.所有其他品弹或WWW产品均为其各自所有者的商标或注册商标,应予同样对待,wp-7i823iazhCN